[发明专利]一种应用于成像激光雷达的光谱分光装置

摘要

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。包括激光器、发射接收光学系统、光纤传像束、透镜、光栅和APD探测器。基本原理是激光光束经过发射光学系统后照射到目标物，被反射的光束经过接收光学系统接收并成像于光纤传像束的一端，光纤传像束中的另一端被分成数条单一的光纤，每一条光纤的出射光经过透镜准直后分别照射到一个衍射光栅上，不同波长的入射光将会有不同的衍射角，经由衍射光栅反射的激光光束被相对应的透镜会聚并传入带有尾纤的APD探测器，不同波长的反射光被传入不同的APD探测器，处理后可以同时得到多个波长的距离像和强度像。本发明解决了多波长微弱成像信号的探测问题。

主权项

一种应用于成像激光雷达的光谱分光装置，包括激光器、扩束整形光学系统、衍射光栅、望远接收光学系统，其特征在于：包含光纤传像束、发散透镜、会聚透镜和带尾纤的APD探测器，光纤传像束用于对像平面进行采样，发散透镜用于将光纤传像束中每根光纤的出射光转变成平行光，衍射光栅用于对平行光进行衍射，会聚透镜用于将衍射后的光束分别送入相应的带尾纤APD探测器；所述激光器能够同时发射三种波长的激光脉冲，三种波长分别为355nm、532nm和1064nm，其脉冲宽度小于15ns，脉冲上升沿小于8ns，重复频率小于1KHz；所述扩束整形光学系统具有两组镜头，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；所述光纤传像束位于望远接收光学系统的像平面上，是由64根光纤拼接成而成的，其一端为8×8的拼接块，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；所述衍射光栅为反射式衍射光栅，其为一种由密集的等间距平行刻线构成的光学器件；所述会聚透镜是能够将平行光变成会聚光的透镜；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；系统工作步骤为：激光器同时发送带有三种波长的激光光束，激光光束经扩束整形光学系统后照射至目标物，被目标物反射的激光光束经望远接收光学系统接收并成像于光纤传像束的一端，像平面被光纤传像束采样，在光纤传像束的另一端像平面变成了一个个分离的点光源，每个点光源的出射光经发散透镜后变为平行光并照射到一个相对应的衍射光栅上，经衍射光栅反射的激光光束被会聚透镜会聚并传入带有尾纤的APD探测器，不同波长的反射光被传入不同的APD探测器，后续处理电路对所有的信号处理后，可以同时得到三个波长的距离像和强度像。