一种用于激光雷达的收发波长匹配的方法技术

本发明专利技术公开一种用于激光雷达的收发波长匹配的方法，包括窄线宽脉冲激光器、光学发射系统、分束棱镜、反射镜、反射式体布拉格光栅、光学接收系统、体光栅旋转控制模块、光电二极管、光电二极管旋转控制模块、信号采集模块、信号处理模块、探测器。该方法能够实现激光雷达发射系统和接收系统的中心波长的匹配。分别利用体布拉格光栅的两个面的布拉格衍射角度特性，将分束后的参考光和接收系统接收到的信号光分别入射于这两个面，使其在相同角度下同时发生布拉格衍射，进而达到发射信号和接收信号中心波长匹配的效果。该方法特别适用于长时间工作或者使用可调谐激光器的激光雷达系统。

【技术实现步骤摘要】
一种用于激光雷达的收发波长匹配的方法
本专利技术涉及远距离强背景光下的激光雷达探测，特别涉及一种用于激光雷达的发射与接收波长匹配的方法。
技术介绍
在强背景光条件下工作时，激光雷达系统需要进行光谱滤波，因此要寻找与激光器发射中心波长相匹配的窄带滤波片，而实际中窄带滤波片工艺难度较高，大大增加了激光雷达系统收发的波长匹配的难度。反射式体光栅具有极窄的滤波带宽，在满足其布拉格衍射条件时，能够虑掉大部分中心波长以外的光。反射式体光栅的稳定性好，具有极高的激光损伤阈值，并且其衍射具有一定的角度特性，可以实现可调谐滤波，因此可以通过改变其入射角度，寻找发射激光的布拉格衍射角，从而达到激光雷达的收发波长匹配的效果。
技术实现思路
本专利技术是为了提升白天强背景光条件下应用的激光雷达系统的探测性能。本专利技术所述方法利用一块反射式体布拉格光栅实现激光雷达的收发波长的实时自动匹配，进而提高激光雷达系统的实用性，避免了在传统上利用干涉滤波片进行光谱滤波时实现波长匹配的工艺的复杂性。为了解决该技术问题，本专利技术采用的技术方案为：一种用于激光雷达的收发波长匹配的方法，包括窄线宽脉冲激光器、光学发射系统、分束棱镜、反射镜、反射式体布拉格光栅、光学接收系统、反射式体布拉格光栅旋转控制模块、光电二极管、光电二极管旋转控制模块、信号采集模块、信号处理模块、探测器。所述窄线宽脉冲激光器发出窄线宽、高重复频率激光通过所述光学发射系统输入到所述分束棱镜中一分为二：少部分进入到所述反射镜，经反射镜反射后的光输入到反射式体布拉格光栅的第一面，利用所述的反射式体布拉格光栅旋转控制模块旋转反射式体布拉格光栅使得反射镜反射到反射式体布拉格光栅的上的光的衍射强度达到最高，衍射光由所述光电二极管接收，将光信号转换为电信号输入到所述的信号采集模块和信号处理模块，信号处理模块通过处理接收的光信号得到最大衍射效率时，将这一信息反馈给所述的反射式体布拉格光栅旋转控制模块，从而获得使该光束衍射效率达到最大的角度；大部分的光出射到目标上，目标散射回波进入所述光学接收系统，经过光学接收系统后通过所述反射式体布拉格光栅，由反射式体布拉格光栅衍射后被所述探测器所接收。此时，入射到反射式体布拉格光栅上的角度为具有最大衍射效率时的入射角，从而达到激光雷达收发波长匹配的效果。进一步地，所述窄线宽脉冲激光器的光谱宽度小于体布拉格光栅的光谱宽度。进一步地，所述的反射式体布拉格光栅两个面均镀有相应波段的增透膜，进一步提高背景光的抑制性能。进一步地，所述的反射式体布拉格光栅的光谱带宽小于100nm，能够实现和所述激光器光谱带宽的完美匹配。进一步地，所述的反射式体布拉格光栅的衍射效率大于百分之九十五，进一步减少信号光强度的衰减，提高接收信号的信噪比。进一步地，所述的反射式体布拉格光栅的衍射中心波长按一定关系随入射角度的改变而改变，可以实现可调谐激光器条件下的激光雷达的收发波长匹配。进一步地，所述的反射式体布拉格光栅的两个面均具有上述相同的衍射角度特性，可以提高体光栅的利用率，降低系统的体积与复杂性。进一步地，波长匹配时的精度取决于所用的旋转控制模块的角度分辨率的大小。进一步地，所述的信号采集模块将所述光电二极管转化的电信号传输到信号处理模块中，利用信号处理模块做相应的处理得到衍射光强最大的角度，并将其反馈到体光栅旋转控制模块中，进而实现激光雷达发射波长和接收波长的实时自动匹配。。根据上述技术方案，本专利技术的有益效果为：1.体布拉格光栅的光谱宽度小于100pm，使得经过光谱滤波后激光雷达具有更高的信噪比。2.利用体光栅的衍射角度特性，通过改变入射到体光栅上的入射角度，就可以改变其衍射中心波长，从而达到波长匹配的效果。3.该方法只需要控制体光栅进行旋转，保证了波长匹配的准确性。4.信号处理模块和旋转控制模块联合使用，能够实现激光发射波长和接收系统接收波长的闭环实时自动匹配。5.反射式体布拉格光栅稳定性好，激光损伤阈值大，可以有效的提高激光雷达在长时间长距离下的工作能力。附图说明图1为本专利技术一种用于激光雷达的收发波长匹配的装置框架图。具体实施方式下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本申请的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。如图1所示，本专利技术是一种用于激光雷达的收发波长匹配的方法，图1中黑色实线箭头为出射光，灰色箭头为回波光，黑色虚线箭头为电信号，灰色虚线为体光栅法线。一种用于激光雷达的收发波长匹配的方法，包括窄线宽脉冲激光器①、光学发射系统②、分束棱镜③、反射镜④、反射式体布拉格光栅⑤、光学接收系统⑥、反射式体布拉格光栅旋转控制模块⑦、光电二极管⑧、光电二极管旋转控制模块⑨、信号采集模块⑩、信号处理模块探测器所述窄线宽脉冲激光器发出窄线宽、高重复频率激光通过所述光学发射系统输入到所述分束棱镜中一分为二：少部分进入到所述反射镜，经反射镜反射后的光输入到反射式体布拉格光栅的第一面，利用所述的反射式体布拉格光栅旋转控制模块旋转反射式体布拉格光栅使得反射镜反射到反射式体布拉格光栅的上的光的衍射强度达到最高，衍射光由所述光电二极管接收，将光信号转换为电信号输入到所述的信号采集模块和信号处理模块，信号处理模块通过处理接收的光信号得到的最大衍射效率时，将这一信息反馈给所述的反射式体布拉格光栅旋转控制模块，从而获得使该光束衍射效率达到最大的角度；大部分的光出射到目标物上，目标散射回波进入所述光学接收系统，经过光学接收系统后通过所述反射式体布拉格光栅，由反射式体布拉格光栅衍射后被所述探测器所接收。此时，入射到体布拉格光栅上的角度为具有最大衍射效率时的布拉格衍射角，从而达到激光雷达收发波长匹配的效果。光学发射系统由单个或多个透镜组成，起到对激光的准直扩束作用，使出射激光具有适当的光斑大小和发散角。反射式体布拉格光栅两个光学表面镀有相应波段增透膜，进一步对背景光进行抑制。光学接收系统由单片或多片透镜组成，起到对回波光的扩束准直的作用，使回波光具有入射到反射式体布拉格光栅上的合适的光斑大小和发散角。信号处理模块将得到的来自于光电二极管的电信号进行信号处理，并将得到的最大的光信号强度信息反馈给二极管旋转控制模块和反射式体布拉格光栅旋转控制模块。反射式体布拉格光栅旋转模块通过信号处理后的反馈信息进行角度调整，进而得到满足参考光在反射式体布拉格光栅表面发生布拉格衍射时的角度。根据上述具体实施方案可知，本专利技术是一种用于激光雷达的收发波长匹配的方法，相比传统的波长匹配方法，解决了工艺上寻找与发射激光中心波长相匹配的干涉滤波片的问题。利用体光栅的角度特性，可以实现激光雷达系统的收发波长闭环实时自动匹配，提高了激光雷达系统在恶劣环境和多功能测量应用时的实用本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于激光雷达的收发波长匹配的方法，其特征在于：所述方法包括窄线宽脉冲激光器(①)、光学发射系统(②)、分束棱镜(③)、反射镜(④)、反射式体布拉格光栅(⑤)、光学接收系统(⑥)、反射式体布拉格光栅旋转控制模块(⑦)、光电二极管(⑧)、光电二极管旋转控制模块(⑨)、信号采集模块(⑩)、信号处理模块

【技术特征摘要】
1.一种用于激光雷达的收发波长匹配的方法，其特征在于：所述方法包括窄线宽脉冲激光器(①)、光学发射系统(②)、分束棱镜(③)、反射镜(④)、反射式体布拉格光栅(⑤)、光学接收系统(⑥)、反射式体布拉格光栅旋转控制模块(⑦)、光电二极管(⑧)、光电二极管旋转控制模块(⑨)、信号采集模块(⑩)、信号处理模块和探测器所述的窄线宽脉冲激光器发出窄线宽、高重复频率激光通过所述光学发射系统输入到所述分束棱镜中一分为二：其中少部分进入到所述反射镜，经反射镜反射后的光输入到反射式体布拉格光栅的第一面，利用所述的反射式体布拉格光栅旋转控制模块旋转反射式体布拉格光栅使得反射镜反射到反射式体布拉格光栅的上的光的衍射强度达到最高，衍射光由所述光电二极管接收，将光信号转换为电信号输入到所述的信号采集模块和信号处理模块，信号处理模块通过处理接收的光信号得到的最大衍射效率时，将这一信息反馈给所述的反射式体布拉格光栅旋转控制模块，从而获得使该光束衍射效率达到最大的角度；大部分的光出射到目标物上，目标散射回波进入所述光学接收系统，经过光学接收系统后通过所述反射式体布拉格光栅，由反射式体布拉格光栅衍射后被所述探测器所接收，此时，入射到反射式体布拉格光栅上的角度为具有最大衍射效率的入射角，从而达到激光雷达收发波长匹配的效果。


2.如权利要求1所述的用于激光雷达的收发波长匹配的方法，其特征在于：所述窄线宽脉冲激光器的光谱宽度小于所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘博，范伟，廖胜，蒋赟，
申请(专利权)人：中国科学院光电技术研究所，
类型：发明
国别省市：四川;51