一种基于高斯光束径向控制的激光雷达装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种基于高斯光束径向控制的激光雷达装置，包括激光器

【技术实现步骤摘要】
一种基于高斯光束径向控制的激光雷达装置


[0001]本专利技术涉及一种激光雷达，尤其是涉及一种基于高斯光束径向控制的激光雷达装置
。

技术介绍

[0002]激光雷达检测技术广泛应用于激光追踪
、
激光测距
、
自动驾驶
、
医疗诊断
、
军事防御
、
多功能作战
、
气象监测
、
定位导航以及目标物体的识别与检测等多种工程领域
。
由于高斯光束的稳定特性，传统激光雷达使用的光束为高斯光束
。
但使用高斯光束的激光雷达对于雨雾
、
大气湍流等雷达使用场景中恶劣环境的抗干扰能力较差，同时高斯光束在远距离传播后会发生扩散，使得雷达的性能受到干扰，如文献
System efficiency of heterodyne lidar with truncated Gaussian Schell
‑
Model beamin turbulent atmosphere
中所述
。
[0003]经过检索，文献
Noise
‑
tolerant Bessel
‑
beam single
‑
photon imaging in fog
中使用贝塞尔光束研制了一种耐噪激光雷达，将传统激光雷达中的高斯光束替换为贝塞尔光束，利用贝塞尔光束的无衍射性和自修复性来提升耐噪激光雷达的抗干扰性
。
其一，贝塞尔光束的无衍射性可以使得贝塞尔光束的能量集中在光束中心，使得其在最大无衍射距离内的光斑的大小均维持在一个较小的水平，同时能量也能汇聚在光斑的中心，这为提升雷达的探测距离和探测精度提供了有利条件；其二，贝塞尔光束的自我修复性使得其抗干扰能力得到提升，在贝塞尔光束的无衍射区域内存在障碍物，将不会改变光束的传播方向，这为雷达的抗干扰性能的提升提供了有利条件
。
用于改善雨雾天气下的激光雷达成像质量，且该技术可应用于自动驾驶领域
。
但该文献中贝塞尔光束是一种光场分布相对发散的光束，其光斑面积相对较大，中心光强相对较弱，且随着传播距离的增大，贝塞尔光束会产生衍射的多层光环，造成误差
。
文献
Free
‑
space optical communication with quasi
‑
ring Airy vortex beam under limited
‑
size receiving aperture and atmospheric turbulence
和文献
Shaping the transmission trajectory of vortex beam by controlling its radial phase
中使用螺旋相位板加径向相位对
OAM
涡旋光的径向进行调制，但该成果尚未用于激光雷达系统
。
[0004]申请公布号
CN115579719A
公开了一种单频涡旋激光器，具体公开了，单频涡旋激光器包括泵浦源
、
轴锥镜和单块非平面环形腔；泵浦源用于输出高斯光束，轴锥镜和单块非平面环形腔沿光束传播方向依次设置，轴锥镜能够将高斯光束转换为环形光束，单块非平面环形腔能够在环形光束泵浦下，生成单频涡旋激光
。
而现有专利中的激光器先通过轴锥镜将高斯光束转换为环形光束，再通过单块非平面环形腔生成单频涡旋激光，结构较复杂
。
[0005]如何通过一种较为简单的结构提升激光雷达的探测距离和探测精度成为需要解决的技术问题
。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种基于高斯光束
径向控制的激光雷达装置
。
[0007]本专利技术的目的可以通过以下技术方案来实现：
[0008]根据本专利技术的一个方面，提供了一种基于高斯光束径向控制的激光雷达装置，包括激光器
、
轴锥镜和激光脉冲光路接收装置，所述激光器生成的高斯光束，经过轴锥镜进行径向调制照射到待检测目标上，高斯光束经过待检测目标表面的漫反射后到达激光脉冲光路接收装置
。
[0009]作为优选的技术方案，所述的轴锥镜不同半径位置具有不同的轴锥倾角
θ
。
[0010]作为优选的技术方案，所述的轴锥倾角
θ
与高斯光束的最远传播距离
Z
之间关系的计算公式如下：
sin
β
＝
(n
－
1)tan
θ
，
Z
＝
a/tan
β
，其中，
a
为径向设计参数，
r
为光束照到轴锥镜上的光斑半径，
n
为轴锥镜的折射率，
β
为经过轴锥镜折射的光束与水平面之间的夹角
。
[0011]作为优选的技术方案，所述的径向调制为轴锥镜给高斯光束增加径向相位
φ
。
[0012]作为优选的技术方案，所述的径向相位
φ
大小为其中，
k
为高斯光束的波数
。
[0013]作为优选的技术方案，所述的激光器和激光脉冲光路接收装置集成为激光收发装置
。
[0014]作为优选的技术方案，该激光雷达还包括分束器
。
[0015]作为优选的技术方案，所述的激光器生成高斯光束，经过轴锥镜进行径向调制，再经过分束器照射到待检测目标上，高斯光束经过待检测目标表面的漫反射后同轴传递至分束器，经过分束器反射至激光脉冲接收装置
。
[0016]作为优选的技术方案，所述的分束器将经过轴锥镜调制的高斯光束分为两束，其中一束照射至待检测目标，经过待检测目标反射后的光束再次经分束器为两束，反射至激光脉冲光路接收装置的为反射光束
。
[0017]作为优选的技术方案，所述的激光脉冲光路接收装置接收反射光束，完成光电信号的转换，获得待检测目标的信息
。
[0018]与现有技术相比，本专利技术具有以下优点：
[0019]1)
本专利技术通过对传统高斯光束的径向控制，采用轴锥镜为传统高斯光束增加径向相位，从而可以控制光斑大小以及将能量聚集在光斑中心，提升高斯光束的传播距离；
[0020]2)
本专利技术可以通过改变轴锥镜所加的径向相位控制高斯光束传播的最佳距离，且在传播过程抑制光斑扩散使得光斑大小维持在较小水平；
[0021]3)
本专利技术适用于不同的应用场景，无论是需要高度集成化的应用场景，还是无法集成的应用场景，本专利技术均有对应的结构进行本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种基于高斯光束径向控制的激光雷达装置，其特征在于，包括激光器
(1)、
轴锥镜
(2)
和激光脉冲光路接收装置
(3)
，所述激光器
(1)
生成的高斯光束，经过轴锥镜
(2)
进行径向调制照射到待检测目标
(4)
上，高斯光束经过待检测目标
(4)
表面的漫反射后到达激光脉冲光路接收装置
(3)。2.
根据权利要求1所述的一种基于高斯光束径向控制的激光雷达装置，其特征在于，所述的轴锥镜
(2)
不同半径位置具有不同的轴锥倾角
θ
。3.
根据权利要求2所述的一种基于高斯光束径向控制的激光雷达装置，其特征在于，所述的轴锥倾角
θ
与高斯光束的最远传播距离
Z
之间关系的计算公式如下：
sin
β
＝
(n
‑
1)tan
θ
，
Z
＝
a/tan
β
，其中，
a
为径向设计参数，
r
为光束照到轴锥镜
(2)
上的光斑半径，
n
为轴锥镜
(2)
的折射率，
β
为经过轴锥镜
(2)
折射的光束与水平面之间的夹角
。4.
根据权利要求1所述的一种基于高斯光束径向控制的激光雷达装置，其特征在于，所述的径向调制为轴锥镜
(2)
给高斯光束增加径向相位
φ
。5.
根据权利要求4所述的一种基于高斯光束径向控制的...

【专利技术属性】
技术研发人员：周俊鹤，王若桐，黄承稳，谢好，
申请(专利权)人：同济大学，
类型：发明
国别省市：