[发明专利]激光雷达能见度仪及其收发同轴光学系统

说明书

技术领域

本发明涉及激光设备技术领域，具体是指激光能见度仪收发光学系统。

背景技术

激光雷达能见度仪具有体积小，测量精度高的优点，并且可以实现多角度、全天候探测，获得水平及斜程能见度信息，对于提高航空安全具有重要意义。

目前国内外常用的激光雷达能见度仪采用发射光束与接收光束非同轴设计，此种结构的发射激光束不会对信号探测器构成威胁，但是存在着使发射光束与接收光束的光轴调平问题，在环境温度影响下，两轴的平行度可能发生改变，造成测量数据失真。此外，非同轴结构存在探测盲区，在测量中需考虑几何重叠因子的影响。

发明内容

本发明的主要目的是提供一种激光能见度仪及其收发同轴光学系统，可有效避免非同轴激光雷达能见度仪发射与接收光路调平问题，不受几何重叠因子影响，且收发同轴的结构可使激光雷达能见度仪体积小、重量轻、结构紧凑。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种激光雷达能见度仪的收发同轴光学系统，其包括：焦距为f₁的透镜、中心具有小孔的反射镜、焦距为f₂的透镜、滤光片和焦距为f₃的透镜，其中：在激光器出射光束的后续光路上依次设置有焦距为f₁的透镜、中心具有小孔的反射镜，激光器出射光束经所述透镜聚焦、穿过所述反射镜中心小孔后耦合进所述收发光纤并导入望远镜系统，所述望远镜系统接收到的大气回波信号再次进入所述收发光纤，然后经过所述反射镜反射后，再通过焦距为f₂的透镜转换为平行光束，由滤光片滤除所述平行光束的背景光后进入到焦距为f₃的透镜并耦合进接收光纤。

优选地，所述中心具有小孔的反射镜偏轴放置倾角为45°。

优选地，所述收发光纤的光纤头位于焦距为f₁的透镜的焦点位置。

优选地，所述焦距为f₂的透镜、滤光片、焦距为f₃的透镜平行且同轴放置，三者的中心轴垂直于激光器出射光束的光轴。

优选地，所述滤光片的带宽为0.2nm。

优选地，所述接收光纤的光纤头位于焦距为f₃的透镜的焦点位置。

一种激光雷达能见度仪，其包括上述任意所述激光雷达能见度仪的收发同轴光学系统，所述收发同轴光学系统通过输入光纤与激光器连接、通过收发光纤与望远镜系统连接、通过接收光纤与光电探测器连接，所述光电探测器连接嵌入式计算机。

优选地，所述望远镜系统的主镜的两侧表面镀有增透膜。

实施本发明的技术方案，具有以下有益效果：本发明提供的激光雷达能见度仪的收发同轴光学系统，结构简单，通过光纤直接连接外部器件，无需进行外部光路调整。有效解决了非同轴激光雷达能见度仪受几何重叠因子影响的不足，并避免了发射与接收光路调平问题。该系统的引入可使激光雷达能见度仪体积减小、重量降低、结构更加紧凑。

附图说明

图1为本发明实施例提供的激光雷达能见度仪的收发同轴光学系统结构示意图；

图2为本发明实施例提供的同轴激光雷达能见度仪的结构示意图。

本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明实施例提供一种激光雷达能见度仪的收发同轴光学系统，如图1和图2所示，该光学系统在输入光纤1引入的激光器111的出射光束的后续光路上依次设置有焦距为f₁的透镜2、中心具有小孔的反射镜3，激光器出射光束经透镜2聚焦，穿过反射镜3中心小孔后耦合进收发光纤4。反射镜3中心小孔既要保证能够使激光器111出射光束正常通过。同时还要足够小，以减小反射镜3反射大气回波信号时因其所造成的损耗。收发光纤4将出射光束导入望远镜系统113后，由望远镜系统113的主镜9进行扩束并发射。望远镜系统113接收到的大气回波信号再次进入收发光纤4，再经过反射镜3反射后，再通过焦距为f₂的透镜5转换为平行光束，由滤光片6滤除该平行光束的背景光后进入到焦距为f₃的透镜7并耦合进接收光纤8，接收光纤8与光电探测器121相连，从而完成信号的采集过程。