全口径激光同轴发射和回波接收系统技术方案

本发明专利技术涉及一种全口径激光同轴发射和回波接收系统，包括光源、光束整形单元、偏振分光镜、选通门、望远镜、滤光片、聚焦单元、光电探测与数据处理单元、控制单元组成；光源的激光束光轴上依序放置光束整形单元、偏振分光镜，在偏振分光镜透射面依序放置滤光片、聚焦单元、光电探测与数据处理单元，在偏振分光镜反射面依序放置选通门、望远镜、目标，控制单元输入端与光源的输出端连接，控制单元输出端与选通门的输入端连接；光电探测与数据处理单元与望远镜和聚焦单元连接；本发明专利技术实现对同一波段激光的全口径同轴发射和接收，提高回波信号接收的信噪比，降低收发系统的成本；以发射激光的全反射传输方式提高系统的损伤阈值和发射激光的利用效率。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于光束控制领域，具体涉及一种全口径激光同轴发射和回波接收系统。
技术介绍
主动跟踪照明、空间激光通信、激光雷达以及定向能应用都涉及到同一波段较高能量的激光发射和微弱回波的接收问题。特别是针对远距离微小目标，对激光发射系统的损伤阈值以及回波接收系统的噪声抑制水平提出了较苛刻的要求。当前的激光收发系统采用两种技术方案:一种是采用收发分离的方式，另一种是收发同轴的方式；前一种方案，系统需要两套独立的望远镜，导致整个系统较复杂，且对目标的跟踪瞄准存在探测盲区，因此受到成本、技术等诸多限制；后一种方案即是在一套跟踪望远镜中实现同一波段激光的发射和接收；该方案相对前者大大降低了成本，且不存在探测盲区，利于实现对目标的跟踪瞄准。但是，在同一套望远镜中，处于同一波段的较强的发射激光会对微弱的回波信号带来严重的干扰；为解决上述问题，当前有几种方法来实现同轴收发。第一种采用半透半反的分光镜来实现收发同轴，但这这种方法会使发射激光和回波信号在通过分光镜时各损失50%，从而导致整体能量利用率不到25%。第二种采用区域分光的方式，即是把一套望远镜分为两个区域，一边用于激光发射，另一边用于回波接收；这种方法在空间上使发射和接收分离，降低了望远镜空间利用率，不能实现全口径的激光发射和回波接收，导致其整体的效率不高。第三种采用偏振分光的方式，即采用偏振分光棱镜和λ /4玻片使发射激光和回波信号从偏振态上分离；这种方法可以实现全口径的激光发射和回波接收，且效率较高；上述三种方法都能实现同一波段激光的发射和回波信号的接收，也都有各自的特点。但它们有一个共同的缺陷:即光路中都有一些透过性光器件。这些光器件无论是什么材料都有一定的损伤阈值，都会对较高能量的激光发射产生影响，有些甚至会烧坏，因此限制了同轴激光收发系统的应用范围。
技术实现思路
针对上述问题，本专利技术提出一种全口径激光同轴发射和回波接收系统。本专利技术采用的技术方案为:一种全口径激光同轴发射和回波接收系统包括偏振脉冲激光光源、光束整形单元、偏振分光镜、选通门、望远镜、滤光片、聚焦单元、光电探测与数据处理单元、控制单元组成；光源的激光束光轴上依序放置光束整形单兀、偏振分光镜，在偏振分光镜透射面依序放置滤光片、聚焦单元、光电探测与数据处理单元，在偏振分光镜反射面依序放置选通门、望远镜、目标，控制单元输入端与光源的输出端连接，控制单元输出端与选通门的输入端连接；光电探测与数据处理单元与望远镜和聚焦单元连接；光源产生波长X1、脉冲重复频率、线偏振方向垂直于入射面的激光束，首先激光束经过光束整形单元，然后由偏振分光镜全反射，控制单元控制选通门打开，激光束穿过选通门，由望远镜发射激光束，并指向目标；目标反射的回波脉冲光束信号，由望远镜接收，通过选通门上的旋光窗口使回波脉冲光束偏振方向旋转π /2变为线偏振方向平行于入射面的光信号，然后经偏振分光镜、滤光片、聚焦单元，由光电探测与数据处理单元完成回波数据采集和处理，并将处理结果反馈给望远镜，实现同轴的全口径激光发射和回波接收。本专利技术与现有的技术方法相比的有益效果是:(I)本专利技术以脉冲偏振激光作为探测光源，通过偏振分光镜实现激光信号的同轴发射和接收；相较收发分离的回波瞄准系统，降低了系统复杂程度，提高了回波瞄准技术的适应性；相较采用分光镜或区域分离实现收发同轴的系统，提高了发射激光的利用效率和系统的空间利用率；(2)本专利技术通过选通门控制实现对回波脉冲信号的距离选通接收，通过旋转回波信号的偏振方向和偏振分光接收实现了回波信号与发射激光的隔离，滤出了后向散射噪声、背景噪声和激光传输腔内杂散光噪声，大大提高了回波信号信噪比；(3)本专利技术以发射激光的全反射传输方式大大提高了系统的损伤阈值和发射激光的利用效率，拓宽了系统的应用范围；附图说明图1为本专利技术中全口径激光同轴发射和接收系统框图；图2为本专利技术中选通门示意图；图3为本专利技术中距离选通时序逻辑图。具体实施例方式为了更好的说明本专利技术的目的和优点，下面结合附图和具体实例对本专利技术做进一步说明:这里的实施例是假设全口径激光同轴发射和回波接收系统，用于主动跟踪照明系统中，如图1示出全口径激光同轴发射和回波接收系统:所述系统包括偏振脉冲激光光源1、光束整形单元2、偏振分光镜3、选通门4、望远镜5、滤光片7、聚焦单元8、光电探测与数据处理单元9、控制单元10组成；光源I的激光束光轴上依序放置光束整形单元2、偏振分光镜3，在偏振分光镜3透射面依序放置滤光片7、聚焦单元8、光电探测与数据处理单元9，在偏振分光镜3反射面依序放置选通门4、望远镜5、目标6，控制单元10输入端与光源I的输出端连接，控制单元10输出端与选通门4的输入端连接；光电探测与数据处理单元9与望远镜5和聚焦单元8连接；光源I产生波长为λ 1、脉冲重复频率为1/T、线偏振方向垂直于入射面的激光束，首先激光束经过光束整形单元2，然后由偏振分光镜3全反射，控制单元10控制选通门4打开，激光束穿过选通门4，由望远镜5发射激光束，并激光束指向距离为R的目标6 ;目标6反射的回波脉冲光束信号，由望远镜5接收，通过选通门4上的旋光窗口 12使回波脉冲光束偏振方向旋转31 /2变为线偏振方向平行于入射面的光为P光，然后经偏振分光镜3、滤光片7、聚焦单元8，由光电探测与数据处理单元9完成回波数据采集和处理，并将处理结果反馈给望远镜5，实现全口径激光同轴发射和全口径激光的回波接收。所述光束整形单元2和望远镜5采用对波长为λ 束的高反和高保偏的反射式光路。其对波长X1*束的反射率高于99.9%，保偏度优于1000: I。I)为满足对远距离微小目标的照明探测，光源I产生波长为λ = 1064nm、脉冲重复频率为400Hz、脉宽为20nS、单脉冲能量> I焦耳、且线偏振方向垂直于入射面(设为S光)的激光束，进入光束整形单元2 ；2)完成整形扩束的光束，由偏振分光镜3全反射；这里偏振分光镜3镀有偏振分光膜，对线偏正方向垂直于入射面(设为S光)的激光束全反射，对线偏正方向平行于入射面的P光全透；这样保证了发射激光的高利用率，避免了发射光束在穿过分光棱镜时的能量损耗，且由于发射激光能量较高，全反射模式大大提高了偏振分光镜损伤阈值；3)由偏振分光镜全反射的S光进入选通门4 ;这里选通门4是由电机驱动的旋转片，如图2示出本专利技术中选通门，选通门4的上面设置有发射激光的选通窗口 11和回波信号的旋光窗口 12 ;且电机由选通门4的控制单兀10控制,并保持与光源I脉冲出光信号和回波信号同步，即当光源I发射脉冲重复周期T与选通门4转动控制周期相同，且当脉冲发射时，发射激光选通窗口 11刚好到达基准线O位置，其时序逻辑如图2中的光源出光脉冲序列13，发射激光选通窗口时序15 ;选通门4是装有石英旋光晶体的选通门。通过发射激光选通窗口 11，发射光束保持为S光，这里的发射激光选通窗口 11没有任何透射性光学器件，光束在空气中或真空中传输，不存在损伤阈值的问题；4)经过发射激光选通窗口 11后的S光由望远镜5发射并指向距离为R的目标6，目标6反射的回波脉冲信号，由望远镜5接收；由于光束在大气中的传输对偏振态影响较小、目标反射的光信号以S光为主、且发射激光选通门4不改变光信号的偏振态，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种全口径激光同轴发射和回波接收系统，其特征在于：包括偏振脉冲激光光源(1)、光束整形单元(2)、偏振分光镜(3)、选通门(4)、望远镜(5)、滤光片(7)、聚焦单元(8)、光电探测与数据处理单元(9)、控制单元(10)组成；光源(1)的激光束光轴上依序放置光束整形单元(2)、偏振分光镜(3)，在偏振分光镜(3)透射面依序放置滤光片(7)、聚焦单元(8)、光电探测与数据处理单元(9)，在偏振分光镜(3)反射面依序放置选通门(4)、望远镜(5)、目标(6)，控制单元(10)输入端与光源(1)的输出端连接，控制单元(10)输出端与选通门(4)的输入端连接；光电探测与数据处理单元(9)与望远镜(5)和聚焦单元(8)连接；光源(1)产生波长λ1、脉冲重复频率、线偏振方向垂直于入射面的激光束，首先激光束经过光束整形单元(2)，然后由偏振分光镜(3)全反射，控制单元(10)控制选通门(4)打开，激光束穿过选通门(4)，由望远镜(5)发射激光束，并指向目标(6)；目标(6)反射的回波脉冲光信号，由望远镜(5)接收，通过选通门(4)上的旋光窗口(12)使回波脉冲光束偏振方向旋转π/2变为线偏振方向平行于入射面的光信号，然后经偏振分光镜(3)、滤光片(7)、聚焦单元(8)，由光电探测与数据处理单元(9)完成回波数据采集和处理，并将处理结果反馈给望远镜(5)，实现同轴的全口径激光发射和回波接收。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：周磊，任戈，谭毅，邹华，
申请(专利权)人：中国科学院光电技术研究所，
类型：发明
国别省市：