拉曼-米散射激光雷達(dá)的發(fā)射系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實用新型涉及一種拉曼-米散射激光雷達(dá)中的發(fā)射系統(tǒng)，屬于激光雷達(dá)配套設(shè) 備領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 在人類賴以生存的地球周圍包圍著一層厚達(dá)數(shù)百千米的地球大氣，它的狀態(tài)和變 化不但與地球的氣候、環(huán)境、氣象等息息相關(guān)，更與人類以及其它生物的活動都有著直接或 間接的影響。其中大氣溫度和氣溶膠濃度是和人類生產(chǎn)生活關(guān)系最為緊密的大氣參數(shù)之 〇
[0003] 1928年印度科學(xué)家C. V. Raman和K. S. Krishnan在研究液態(tài)苯的散射過程中發(fā)現(xiàn) 了拉曼效應(yīng)，并因此而命名。與米散射不同的是，拉曼散射是一種非彈性散射，具有散射光 頻率不同于照射光頻率的特點，拉曼散射發(fā)生的頻移量只與分子本身的性質(zhì)有關(guān)。
[0004] 各國基于拉曼效應(yīng)設(shè)計出了相應(yīng)的激光雷達(dá)，在設(shè)計的激光雷達(dá)中，以拉曼-米 散射激光雷達(dá)作為最常見的激光雷達(dá)，激光雷達(dá)的激光發(fā)射部分尤為重要，目前最常用的 是直接發(fā)射的激光，存在誤差較大、精度較低等問題。 【實用新型內(nèi)容】
[0005] 為了克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，解決好現(xiàn)有技術(shù)的問題，彌補現(xiàn)有目前市場上現(xiàn)有產(chǎn) 品的不足。
[0006] 本實用新型提供了一種拉曼-米散射激光雷達(dá)的發(fā)射系統(tǒng)，發(fā)射系統(tǒng)包括激光發(fā) 射器、第一折射鏡、第二折射鏡、分光鏡和激光擴束鏡，所述激光擴束鏡由凹透鏡和凸透鏡 構(gòu)成，所述第一折射鏡和第二折射鏡。
[0007] 優(yōu)選的，上述激光發(fā)射器為Nd :YAG激光器，初始波長為1064nm。
[0008] 優(yōu)選的，上述激光發(fā)射器通過二倍頻、三倍頻和四倍頻分別可獲得532nm、355nm 以及266nm波長的激光。
[0009] 優(yōu)選的，上述第一折射鏡和第二折射鏡平行放置。
[0010] 優(yōu)選的，上述激光擴束鏡內(nèi)部按照光路方向依次設(shè)置凹透鏡和凸透鏡。
[0011] 優(yōu)選的，上述激光發(fā)射器發(fā)射出的激光依次經(jīng)過第一折射鏡、第二折射鏡、分光鏡 和激光擴束鏡后出射。
[0012] 本實用新型提供的拉曼-米散射激光雷達(dá)的發(fā)射系統(tǒng)選用了 NchYAG激光器，可在 不同的倍頻條件獲得不同波長的激光，同時設(shè)計了多個折射鏡和多個透鏡的激光擴束鏡， 提高了出射激光的精度，使用簡單方便。
【附圖說明】
[0013] 圖1為本實用新型結(jié)構(gòu)示意圖；
[0014] 圖2為本實用新型四種波長激發(fā)的氮分子轉(zhuǎn)動拉曼等效微分后向散射截面圖；
[0015] 圖3為本實用新型激光擴束鏡光路不意圖。
[0016] 附圖標(biāo)記：1_激光發(fā)射器；2-第一折射鏡；3-第二折射鏡；4-分光鏡；5-激光擴 束鏡；6-凹透鏡；7-凸透鏡。
【具體實施方式】
[0017] 為了便于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員理解和實施本實用新型，下面結(jié)合附圖及具體實施 方式對本實用新型作進一步的詳細(xì)描述。
[0018] 如圖1是本實用新型的拉曼-米散射激光雷達(dá)的發(fā)射系統(tǒng)，包括激光發(fā)射器1、第 一折射鏡2、第二折射鏡3、分光鏡4和激光擴束鏡5,所述激光擴束鏡5由凹透鏡6和凸透 鏡7構(gòu)成，所述第一折射鏡2和第二折射鏡3。激光發(fā)射器1為Nd :YAG激光器，初始波長為 1064nm。激光發(fā)射器1通過二倍頻、三倍頻和四倍頻分別可獲得532nm、355nm以及266nm 波長的激光。第一折射鏡2和第二折射鏡3平行放置。激光擴束鏡5內(nèi)部按照光路方向依 次設(shè)置凹透鏡6和凸透鏡7。激光發(fā)射器1發(fā)射出的激光依次經(jīng)過第一折射鏡2、第二折射 鏡3、分光鏡4和激光擴束鏡5后出射。
[0019] 激光器是決定激光雷達(dá)整體性能的關(guān)鍵要素之一。激光器的技術(shù)指標(biāo)主要有：輸 出波長、單脈沖能量、脈沖重復(fù)頻率、脈沖寬度和光束發(fā)散角。激光器的種類有很多，包括氣 體激光器、固體激光器、半導(dǎo)體激光器等。其中固體激光器具有較高的穩(wěn)定性和較大的功 率，因此本實用新型選用的是Nd :YAG激光器。初始波長為1064nm，通過二倍頻、三倍頻和 四倍頻分別可獲得532nm、355nm以及266nm波長的激光。激光發(fā)射波長通常考慮下面幾點 因素：
[0020] ①發(fā)射波長選擇在大氣窗口內(nèi)，這樣可以保證傳輸距離較遠(yuǎn)，有足夠的探測范 圍；
[0021] ②大氣對該波長的后向散射截面要比較大，這樣可使得回波信號較強，提高信噪 比；
[0022] ③對應(yīng)波長的拉曼散射譜線間距不能太小，這主要是考慮到后面分光系統(tǒng)的設(shè)計 難度問題；
[0023] ④相應(yīng)波長的探測器噪聲要盡可能小，以提高信噪比。
[0024] 綜合以上分析，圖2仿真了 300K情況下四種波長激發(fā)的氮分子轉(zhuǎn)動拉曼等效微 分后向散射截面，266nm、355nm、532nm和1064nm四種波長對應(yīng)的轉(zhuǎn)動拉曼譜線間隔分別為 0. 06nm、0. 10nm、0. 23nm和0. 90nm。綜合考慮，266nm和355nm的激發(fā)光波長對應(yīng)的轉(zhuǎn)動拉 曼譜線間隔太小，其后的分光系統(tǒng)很難達(dá)到這樣的要求。其次，266nm和355nm的波長處于 日盲區(qū)，傳輸距離有限，限制了探測范圍，因此這兩種波長的激光不是理想的選擇。l〇64nm 的激光傳輸距離較遠(yuǎn)，轉(zhuǎn)動拉曼譜線間隔也較大，但是它的散射截面只有10 32cm2/Sr的數(shù) 量級，回波信號較弱，并且該波段的探測器件熱噪聲較大，這兩點原因都導(dǎo)致了最終探測信 號的信噪比降低，所以也不是理想的選擇。綜合以上因素，本實用新型選擇了 532nm的激光 作為激發(fā)光源。
[0025] 激光擴束鏡是對激光光束進行整形擴束的裝置，它是一個倒裝的望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)，經(jīng) 過激光擴束鏡的光束抑制了發(fā)散角增大了光斑直徑。圖3為其原理圖。擴束之后的光束發(fā) 散角和直徑表示如下：
[0027] D2、D1分別表示出射光束直徑和入射光束直徑，W2、W1分別表示出射光束發(fā)散角和 入射光束發(fā)散角。激光擴束鏡要求焦距f2> f P這樣可以抑制激光的發(fā)散射，提高可探測 距離。
[0028] 本實用新型提供的拉曼-米散射激光雷達(dá)的發(fā)射系統(tǒng)選用了 NchYAG激光器，可在 不同的倍頻條件獲得不同波長的激光，同時設(shè)計了多個折射鏡和多個透鏡的激光擴束鏡， 提高了出射激光的精度，使用簡單方便。
[0029] 以上所述之【具體實施方式】為本實用新型的較佳實施方式，并非以此限定本實用新 型的具體實施范圍，本實用新型的范圍包括并不限于本【具體實施方式】，凡依照本實用新型 之形狀、結(jié)構(gòu)所作的等效變化均在本實用新型的保護范圍內(nèi)。
【主權(quán)項】
1. 一種拉曼-米散射激光雷達(dá)的發(fā)射系統(tǒng)，其特征在于：所述發(fā)射系統(tǒng)包括激光發(fā)射 器（1)、第一折射鏡（2)、第二折射鏡（3)、分光鏡（4)和激光擴束鏡（5)，所述激光擴束鏡 (5)由凹透鏡（6)和凸透鏡（7)構(gòu)成，所述第一折射鏡（2)和第二折射鏡（3)。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的拉曼-米散射激光雷達(dá)的發(fā)射系統(tǒng)，其特征在于：所述激光 發(fā)射器（1)為Nd :YAG激光器，初始波長為1064nm。3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的拉曼-米散射激光雷達(dá)的發(fā)射系統(tǒng)，其特征在于：所述激光 發(fā)射器（1)通過二倍頻、三倍頻和四倍頻分別可獲得532nm、355nm以及266nm波長的激光。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的拉曼-米散射激光雷達(dá)的發(fā)射系統(tǒng)，其特征在于：所述第一 折射鏡（2)和第二折射鏡（3)平行放置。5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的拉曼-米散射激光雷達(dá)的發(fā)射系統(tǒng)，其特征在于：所述激光 擴束鏡（5)內(nèi)部按照光路方向依次設(shè)置凹透鏡（6)和凸透鏡（7)。6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的拉曼-米散射激光雷達(dá)的發(fā)射系統(tǒng)，其特征在于：所述激光 發(fā)射器（1)發(fā)射出的激光依次經(jīng)過第一折射鏡（2)、第二折射鏡（3)、分光鏡（4)和激光擴 束鏡（5)后出射。
【專利摘要】本實用新型涉及一種拉曼-米散射激光雷達(dá)的發(fā)射系統(tǒng)，發(fā)射系統(tǒng)包括激光發(fā)射器(1)、第一折射鏡(2)、第二折射鏡(3)、分光鏡(4)和激光擴束鏡(5)，所述激光擴束鏡(5)由凹透鏡(6)和凸透鏡(7)構(gòu)成，所述第一折射鏡(2)和第二折射鏡(3)。本實用新型提供的拉曼-米散射激光雷達(dá)的發(fā)射系統(tǒng)選用了Nd：YAG激光器，可在不同的倍頻條件獲得不同波長的激光，同時設(shè)計了多個折射鏡和多個透鏡的激光擴束鏡，提高了出射激光的精度，使用簡單方便。
【IPC分類】G01S17/88
【公開號】CN204989472
【申請?zhí)枴緾N201520625261
【發(fā)明人】陳帥
【申請人】陳帥
【公開日】2016年1月20日
【申請日】2015年8月6日