[发明专利]一种激光雷达近红外波段回波探测装置

说明书

本发明公开了一种激光雷达近红外波段回波探测装置，包括光学接收模块、光电转换模块、电源模块、偏压产生模块、温度补偿模块以及信号处理模块；所述的光电转换模块包括驱动电路和雪崩光电二极管；激光雷达的回波信号经过光学接收模块后形成的圆形光斑进入雪崩光电二极管的光敏面；所述的偏压产生模块与驱动电路电气连接，用于给雪崩光电二极管提供工作偏置电压，使其工作在雪崩效应区；所述的温度补偿模块用于根据环境温度的变化来调整偏压产生模块的输出偏压；所述的信号处理模块用于对雪崩光电二极管输出的电流信号进行放大和滤波处理。利用本发明，可以使待测光接收完全，提升信号准确性，提升近红外波段回波信号的信噪比以及动态范围。

技术领域

本发明属于光学与电子工程技术领域，具体涉及一种激光雷达近红外波段回波探测装置。

背景技术

激光雷达是传统雷达技术与现代激光技术相结合的产物，具有测量范围大、时空分辨率高、测量时间短等优势。目前已被广泛应用于激光大气传输、全球气候预测、气溶胶辐射效应及大气环境等研究领域。激光雷达系统包括激光发射单元，望远镜接收单元，后继光路及探测器，以及信号采集与运行控制单元。它的工作原理如下：激光器发出的脉冲光进入到大气中，然后会与大气中的空气分子、气溶胶和云等相互作用，其回波信号被望远镜接收后，经过探测和采集，并进行算法反演就可以得到大气的相关廓线信息。

回波信号的探测过程直接决定了最终输出信号的信噪比以及动态范围，在激光雷达中具有重要意义。激光雷达近红外波段的回波信号强度较小，并且容易受到背景光噪声、周围电磁场的干扰，因此需要设计有效的光路接收与探测装置，能够减弱环境因素的影响，尽可能地接收完全回波信号。

雪崩光电二极管是灵敏度很高的光电信息转化器件，具有很高的雪崩增益效应，可以有效提高对光信号检测的灵敏度、反应速度和信号带宽，并且因其特殊的材料，非常适合近红外波段光信号的探测。雪崩光电二极管为了降低暗电流，光敏面面积较小，直径往往只有3mm不到。因此需要设计光机结构使雪崩光电二极管的光敏面能够接收大部分甚至完整的待测光。

另一方面，雪崩光电二极管工作时需要一个反向偏置电压。当偏置电压过小时，雪崩光电二极管工作在线性区，无法产生雪崩效应；当偏置电压过大时，雪崩光电二极管工作在盖革模式，无法长时间稳定工作。同时考虑到雪崩光电二极管工作在固定偏压下时，其雪崩增益随环境温度变化较为显著的工作特性，需要对雪崩光电二极管的偏置电压进行控制。因此，如何设计一种激光雷达近红外波段回波探测装置成为本领域技术人员亟待解决的重要问题。

发明内容

本发明提供了一种激光雷达近红外波段回波探测装置，以解决上述背景技术中提出的激光雷达近红外波段的回波信号强度较小，并且容易受到背景光噪声、周围电磁场的干扰，雪崩光电二极管光敏面位置调节和响应度易受环境温度影响等问题。

一种激光雷达近红外波段回波探测装置，其特征在于，包括光学接收模块、光电转换模块、电源模块、偏压产生模块、温度补偿模块以及信号处理模块；所述的电源模块分别给偏压产生模块、温度补偿模块以及信号处理模块供电；所述的光电转换模块包括驱动电路和雪崩光电二极管；

待测光经过光学接收模块后形成的圆形光斑进入雪崩光电二极管的光敏面；所述的偏压产生模块与驱动电路电气连接，用于给雪崩光电二极管提供工作偏置电压，使其工作在雪崩效应区；所述的温度补偿模块用于根据环境温度的变化来调整偏压产生模块的输出偏压；所述的信号处理模块用于对雪崩光电二极管输出的电流信号进行放大和滤波处理。

进一步地，所述的光学接收模块包括XY轴调整架、通过螺纹与XY轴调整架连接的可调透镜套筒以及固定在可调透镜套筒内部的汇聚透镜；通过沿光轴方向前后旋转可调透镜套筒来调节汇聚透镜的位置。

进一步地，所述的光电转换模块固定在XY轴调整架内部；