[发明专利]一种应用于成像激光雷达的光谱分光装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种应用于成像激光雷达的光谱分光装置，属于光电成像技术领域。

背景技术

在现代高新技术条件下，单波段探测技术从出现发展到现在，已经具有相当完整的理论和比较成熟的技术。然而在许多场合中，仅靠单一波段传感器很难完成多种目标背景下的探测和识别任务。这是由于单波段成像系统会随着使用区域的不同、气候温度的改变或目标的伪装等导致获取信息的减少，特别是当探测目标本身的操作或者行为的改变导致辐射波段移动时，会使成像系统探测不到目标或者探测准确度下降。所以，为了系统的适应性和抗干扰能力，新型的探测系统开始采用多波段传感器的组合方式，由原来的单一波段探测系统向多光谱探测方向发展。多光谱成像探测技术是新一代的光电探测技术，该技术利用一定光谱分辨率的多光谱图像进行目标探测。这种光谱图像数据具有“图谱合一”的特征，相比传统的单一宽波段光电探测技术，能够提供更加丰富的目标场景信息，在目标材质识别、异常目标检测、伪装目标辨识、复杂背景抑制等目标探测技术领域都有极为重要的应用。

在军事、民用等领域，现有的被动成像方式已经满足不了社会发展的需要。现有的被动成像方式只能得到物体的强度像而无法得到物体的三维信息，所以以激光雷达为代表的主动成像方式变的尤为重要。尤其是激光雷达探测与多光谱探测相结合的技术变成了一个急需解决的问题。在成像激光雷达中，为了能够进行多光谱探测，必须将来自目标物的多波长光束分离为多个单波长的回波光束。多光谱探测一般使用光栅作为分光手段，然而光栅只能将入射的平行光束按波长分离，这一方式不适合于成像光束的分光，所以当前通用的分光方式为，在接收光路中加入多个分光镜将回波光束分成等能量的多个光束，然后在每个光束中加入相应的带通滤光片对光波进行滤波以得到单一波长的回波，然而这一方式有一个突出的问题是，需要将回波分为等能量的多个光束，也就是说如果探测3个波段的回波，则单波长回波的能量变为原能量的1/3，这对于回波本就很微弱的远距离成像激光雷达探测来说是非常糟糕的。本发明利用光纤与光栅相结合的方式解决了这一问题，利用光纤传像束对像平面采样，利用凸透镜将光纤的出射光束变成平行光然后再利用光栅进行分光，分光完成后再利用光纤对光束重新收集并送入相应的探测器，探测器既可以选择APD光电二极管也可以选择条纹管相机等。

发明内容

本发明解决了同时探测用于成像的多个波长的微弱信号的问题，提出了一种应用于成像激光雷达的光谱分光装置。

本发明是通过以下技术方案实现的。

本发明是一种应用于成像激光雷达的光谱分光装置。该装置包括激光器、扩束整形光学系统、望远接收光学系统、光纤传像束、发散透镜、光栅、会聚透镜和带有尾纤的APD探测器；

所述的激光器能够在接收到来自于系统控制端的脉冲触发信号时发射脉冲宽度小于15ns、脉冲上升沿小于8ns、包含355nm、532nm、1064nm波长、重复频率小于1KHz和发射发散角较小的脉冲激光，该激光器有足够强的稳定性，并且该激光器有相应的散热措施，能够长时间工作；

所述的扩束整形光学系统具有两组镜头，并且镜头表面镀有三个波段的增透膜，两组镜头分别用于激光束的扩束和整形，扩束使照射光斑面积足够大，整形使光斑光强分部尽量均匀；

所述的望远接收光学系统是大口径长焦的折反射式望远接收光学系统，其口径为120mm，焦距为800mm，镜头表面镀有三种波长的增透膜，成像质量高，畸变与像差小；

所述光纤传像束是由64根光纤拼接成而成的，其一端为8*8的拼接块，其拼接方式应为“田”字形式不能采用堆积的方式，其另一端无需拼接；

所述发散透镜是能够将发散光变成平行光的透镜，并且表面镀有三种波长的增透膜；

所述光栅为反射式衍射光栅，其为一种由密集、等间距平行刻线构成的光学器件；

所述发散透镜是能够将平行光变成会聚光的透镜，并且表面镀有三种波长的增透膜；

所述带尾纤的APD探测器分别为能够探测355nm、532nm和1064nm光波的雪崩光电二极管，并且光电二极管上耦合有光纤；