[实用新型]激光雷达光接收装置

说明书

本实用新型涉及一种激光雷达光接收装置，尤其适用于对大气，海洋和陆地进行各种高时空分辨能力的遥感探测。

目前，国际上绝大多数激光雷达都用反射式望远镜作为其光接收器，反射式望远镜由物镜系统和目镜组成，而物镜系统又包括主反射镜和辅反射镜。辅反射镜置于主反射镜上方，光线进入主反射镜后射向辅反射镜，再由辅反射镜反射并聚焦于焦平面上。焦平面处的小孔光栏用于控制望远镜的接收视场，通过焦点后的光线经目镜准直成平行光，经适当光学滤光后由光电倍增管接收。

在激光雷达技术发展的早期，也有极少数激光雷达采用过透射式结构的望远镜来做激光雷达的光接收器，由于其目的主要在于简化结构、减轻重量和降低成本方面，故选用了轻质和廉价的塑料制成的菲涅尔式透镜来做物镜，光线经此菲涅尔物镜聚焦后，由处于焦平面处的小孔光栏控制视场，再经目镜准直，滤光后由光电倍增管接收。

反射式望远镜的优点是具有很高的光学质量，而且适合于做成较大的口径，因而在激光雷达技术中获得了广泛的应用。但其缺点是结构复杂、调整困难、造价昂贵，而且收光效率也不高。这是因为反射式望远镜的目镜系统由两块反射镜构成，两者的相对位置和取向必须精确调定才能保证系统的光学性能，这不仅增加了反射式望远镜的结构复杂性和调整难度，还导致了该系统光学性能稳定性的降低，即一旦这种复杂结构的调整发生微小变化，就会造成系统光学性能的下降，另外，反射式系统的所有反射镜均需镀反射膜(通常为铝膜)。性能最好的铝膜的反射率约90％，两块物镜的反射损失加上主反射镜上方的辅反射镜的挡光使反射式物镜系统的总收光率仅为约70％。此外，镀膜层的反射率还会随着使用时间的加长而下降，严重时需将所有反射镜拆下重新镀膜，所有这些，均导致反射式望远镜系统存在较低收光效率的缺点。

菲涅尔透射式望远镜虽然具有结构简单、重量轻、造价低等优点，但由于它采用塑料制成的菲涅尔透镜做物镜，使系统的光学质量无法保证。菲涅尔透镜除具有聚焦功能外，没有任何象差补偿能力，致使物镜焦平面上的弥散斑很大(通常为数毫米量级)，这样，不仅无法通过控制视场进一步降低各种象差，而且也不能通过小视场运用来抑制本底杂散光的干扰，同时，塑料的低光学性能和菲涅尔作用原理也降低了菲涅尔透射系统的光收集效率，由于这些缺点，使菲涅尔透射式望远镜不能满足大多数激光雷达的使用要求，特别是随着激光雷达技术的发展，在激光雷达的其它部件技术都有了很大提高的条件下，对其光接收器的光学质量也提出了相应较高的要求。所有这些，都是菲涅尔透射式望远镜已不再在激光雷达中被采用的原因。经检索，未发现一种激光雷达光接收装置被公开使用。

本实用新型的目的是针对上述现有技术存在的缺陷提供一种光学性能好、收光效率高、结构简单、造价低廉，使用方便的激光雷达光接收装置。

为此本实用新型提供了一种激光雷达光接收装置，它由激光发射器、光接收器和信号处理器三部分组成，激光发射器发出激光束射向探测目标，从目标散射回来的微弱光由光接收器收集，最后经信号处理器显示和记录。由于激光雷达的探测目标(如大气)的光散射率很低，而且通常被探测目标的距离很远(如高空探测激光雷达的探测距离在100公里量级，卫星激光雷达的探测距离在1000公里量级)。这样，经目标散射回来的光是非常微弱的，通常是以单个光子的形式散射回来。因此，要求激光雷达的光接收器要有很高的收光效率。而且，激光雷达通常工作于信号光很弱而本底杂散光很强的条件下，这就要求其光接收器具有很好的视场控制能力，以达到在全部接收信号光的同时，最大限度抑制本底杂散光。也就是说，光接收器必须具有很高的光学质量，尤其是很小的弥散斑尺寸。按照这些要求我们设计了一种非球面透射式激光雷达光接收装置，该装置包括非球面物透镜，非球面物透镜呈椭球面形，可调视场光栏和球面目透镜及窄带滤光片、光电倍增管均安装在四根支杆和三块夹板组成的支杆，夹板组件上，激光雷达光接收装置呈正方柱体形状，主体部分由四根钢杆和上、中、下三块铝质套板构成，其四周用薄铝板包围，主体中所有金属构件均发黑或涂以无光黑漆以防止杂光散射。上套板用以安装非球面物透镜，中套板位于其焦平面附近用以安装视场光栏组件，下套板用以安装园形铸铁底座以支撑主体结构。视场光栏和球面目透镜需做成一体，形成组件，并固定两者相对位置使视场光栏处于球面目透镜焦平面上。整个组件安装在中套板下方，并有微调机构以保证视场光栏处于非球面物透镜焦平面上，系统光轴的调准可用两种技术实现：非球面透镜的两维角度调节或视场光栏组件的两维线度调节。相对而言，前者较为简单，后者较为稳定。