分束角任意可變的雷射分束裝置的製作方法

2023-08-06 14:30:46 1

專利名稱：分束角任意可變的雷射分束裝置的製作方法
技術領域：
本發明與雷射測距有關，涉及雷射分束裝置，特別是一種利用衍射光學元件分光和光學系統變焦實現雷射束夾角任意可變的多雷射束並行出射的分束角任意可變的雷射分束裝置。
背景技術：
利用高亮度、高方向性和高相干性的雷射對目標作探測而進行雷射直接成像技術，可以構成對地觀測或地面景物的雷射直接成像三維系統。採用雷射作有源照射，不僅僅利用雷射測距，還探測雷射回波攜帶的目標反射強度信息，通過探測雷射回波脈衝攜帶的目標距離和反射強度及波形特徵信息，可以獲得地物目標每個像元高解析度的距離數據和灰度像。在地面景物成像中，可以很容易地得到目標的三維輪廓圖。在對地觀測成像中，結合全球定位系統(GPS)和慣性導航系統(INS)可以直接得到地物目標的三維影像信息，而且，其圖像和三維坐標是完全匹配的，無需另外的地面控制點，進一步，還可以達到對目標的三維識別與分類，實現高解析度、高效率、準確、主動、直接地對地面三維成像。雷射遙感成像可以獲得很高的空間解析度，無須內插即可獲得均勻高解析度的數字高程圖，信息處理的效率比較高。雷射遙感成像以雷射作有源照射，主動遙感方式較少受環境、氣候、目標光照和對比度的影響，可以全天候工作，特別適合於工程應用和軍事偵察。隨著雷射器及其探測技術的日益發展，在這方面的研究與應用必將越來越廣泛。
雷射成像的基本原理是向目標發射窄雷射束，然後探測該目標上的被照射點的雷射回波。一個回波能夠給出一個距離信息和一個灰度信息，所以，要對目標作清晰成像就要求對目標作多雷射束照射，而且雷射束照射的光斑比要小，光斑間隔也要小，間隔越小，則成像的空間解析度越高。因而，對目標作三維雷射成像時，需要對目標照射大量的雷射束並探測對應的雷射回波。實現對目標的多雷射束照射的常規方式是雷射束作遍歷掃描。在地面景物成像時就是利用兩維掃描鏡作二維掃描；在對地觀測成像時，由飛行器的飛行運動實現一維掃描，而由掃描鏡作另外一維掃描。
在對地觀測中，一般的距離比較遠，所以只能採用脈衝雷射源。這時，在掃描方式下，如果雷射器的重複頻率足夠高，可以實現很高密度的地面目標採樣點。但是，大功率脈衝雷射器的重複率不可能做得非常高，目前的雷射重複頻率達到數十到一百多千赫茲。同時，掃描工作方式時的機械磨損、震動會破壞波束的指向精度，最終影響定位準確度；機械掃描要增加重量、體積、能耗，並且其技術發展難以在星載測高中得以運用。
隨著雷射探測技術，尤其是陣列探測技術的發展，人們開始關注非掃描的雷射三維成像工作模式，採用具有較高雷射功率、不甚高的脈衝重複率的雷射器，僅僅利用飛行器的飛行作一維掃描，通過雷射束分束髮射和陣列探測，實現一行多點的並行雷射探測，達到推帚式雷射三維成像的目的。此時，省卻了掃描鏡掃描機構。但在推帚雷射成像技術中，非常重要的是需要一種多雷射束並行出射的雷射分束器。

發明內容
本發明要解決的技術問題在於克服上述現有技術的困難，提供一種分束角任意可變的雷射分束裝置，該裝置可將入射的一束雷射變成多束雷射並行出射，而且雷射束之間的夾角是連續可調變的。
本發明的技術解決方案如下一種分束角任意可變的雷射分束裝置，其特徵在於依光束前進方向該裝置依次包括一透射式衍射光柵和一望遠變焦系統構成，該望遠變焦系統由共焦面的前透鏡組和後透鏡組組成，該後透鏡組是可變焦的。
其作用是先通過透射式衍射光柵進行雷射分束，再採用變焦望遠系統改變各雷射分束之間的夾角，從而實現分束後的雷射束之間的夾角隨意連續可調。
雷射器發出的雷射通過透射式衍射光柵後，被分成多束且指向各異，光束的數量及各光束間的夾角由衍射光柵的參數所定。由於該光學元件的參數是固定的，則各束間的夾角也是固定的。
在透射式衍射光柵後面連接一個由兩透鏡組組成的望遠鏡系統，由望遠系統的特性可知，γ＝f1′/(-f2′)，即望遠系統的角放大率γ僅取決於其二透鏡組的焦距之比；當其中一透鏡組為變焦系統時，角放大率γ將隨該透鏡組的焦距改變而變化。因此，進入這樣一個系統，多雷射束的夾角便可通過透鏡組的變焦而任意改變。
本發明的優點在於採用透射式衍射光學元件與透鏡望遠系統結合組成的雷射分束裝置，只需用圓筒連接，結構簡單；分束雷射的角間距任意可調，能滿足雷射遙感成像的各種需求；由於變焦鏡的後截距不變，只需調節變焦鏡使之變焦，而無需作其他調整，便於實施。


圖1為本發明分束角任意可變的雷射分束裝置的光學結構示意圖。
具體實施例方式先請參閱圖1，圖1是本發明分束角任意可變的雷射分束裝置的光學結構示意圖。由圖可見，本發明分束角任意可變的雷射分束裝置，依光束前進方向依次包括一透射式衍射光柵1和一望遠變焦系統2構成，該望遠變焦系統2由共焦面的前透鏡組21和後透鏡組22構成，該後透鏡組22是可變焦的。
其工作情況是一雷射束4經衍射光柵1分束後，多束雷射5按設計的角間距朝不同的方向發射；進入前透鏡組21並被會聚於其焦面6上，形成等間距的點列陣；再經與其共焦面的可變焦後透鏡組22後以相等的角間距朝不同的方向出射。當變焦後透鏡組22的焦距與前透鏡組21的焦距相等，出射雷射7的發射方向與分束後的雷射5一致；當變焦後透鏡組22的焦距大於前透鏡組21的焦距時，出射雷射7的角間距小於雷射分束5的角間距；當變焦後透鏡組22的焦距小於前透鏡組21的焦距時，出射雷射7的角間距大於雷射分束5的角間距。由於變焦後透鏡組22的焦距在相當大的範圍內連續可變，出射雷射7的夾角(角間距)也可在相當大的範圍內任意可變，從而可根據地面採樣點的排列需要，確定雷射分束角的角間距。
權利要求
1.一種分束角任意可變的雷射分束裝置，其特徵在於依光束前進方向該裝置依次包括一透射式衍射光柵(1)和一望遠變焦系統(2)構成，該望遠變焦系統(2)由共焦面的前透鏡組(21)和後透鏡組(22)組成，該後透鏡組(22)是可變焦距的。
全文摘要
一種分束角任意可變的雷射分束裝置，其特徵在於依光束前進方向該裝置依次包括一透射式衍射光柵和一望遠變焦系統構成，該望遠變焦系統由共焦面的前透鏡組和可變焦的後透鏡組組成。本發明可將入射的一束雷射變成多束雷射後並行出射，而且雷射束之間的夾角是連續可調變的。
文檔編號H01S3/00GK1525205SQ0315105
公開日2004年9月1日 申請日期2003年9月18日 優先權日2003年9月18日
發明者方抗美, 胡以華, 張立 申請人:中國科學院上海技術物理研究所