激光雷達(dá)探測(cè)光源發(fā)散角測(cè)量裝置與方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種激光雷達(dá)探測(cè)光源發(fā)散角測(cè)量裝置與方法，主要應(yīng)用于激光雷達(dá)發(fā)射系統(tǒng)調(diào)校過(guò)程中，對(duì)擴(kuò)束后的探測(cè)光發(fā)散角進(jìn)行測(cè)評(píng)和調(diào)整。裝置主要由探測(cè)光源、光學(xué)升降臺(tái)、準(zhǔn)直望遠(yuǎn)鏡、可升降光學(xué)調(diào)整架、可調(diào)諧雙狹縫光闌、光闌、高精密平移平臺(tái)、光功率計(jì)等部件組成。裝置設(shè)計(jì)了可調(diào)諧雙狹縫光闌，雙狹縫光闌將被測(cè)光源的發(fā)射光束整形為雙光束，僅需測(cè)量雙光束的離散程度，就可以測(cè)得光束的發(fā)散角，不需要測(cè)量整個(gè)光斑光強(qiáng)分布，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)不同直徑的激光雷探測(cè)光源光束的發(fā)散角進(jìn)行測(cè)量，該裝置與方法可測(cè)量最小光束直徑為2mm，最大光束直徑為400mm，可以實(shí)現(xiàn)0.01mrad光束發(fā)散角的測(cè)量。
【專(zhuān)利說(shuō)明】激光雷達(dá)探測(cè)光源發(fā)散角測(cè)量裝置與方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種激光雷達(dá)光學(xué)測(cè)量校正裝置，具體為一種激光雷達(dá)探測(cè)光源發(fā)散角測(cè)量裝置與方法，實(shí)現(xiàn)激光雷達(dá)探測(cè)光源調(diào)校。
【背景技術(shù)】
[0002]激光雷達(dá)是以激光為探測(cè)光源，通過(guò)激光與大氣相互作用對(duì)大氣顆粒物進(jìn)行探測(cè)。光波與大氣中介質(zhì)相互作用，產(chǎn)生包含氣體分子和氣溶膠粒子有關(guān)信息的輻射信號(hào)，利用反演方法就可以從中得到關(guān)于氣體分子和氣溶膠粒子的信息。因此，激光雷達(dá)的技術(shù)基礎(chǔ)是光輻射與大氣中的分子以及氣溶膠粒子之間相互作用所產(chǎn)生的各種物理過(guò)程。激光雷達(dá)作用一個(gè)為重要光學(xué)遙感探測(cè)手段，可以實(shí)現(xiàn)整個(gè)對(duì)流層大氣氣溶膠消光垂直廓線的探測(cè)、大氣水平能見(jiàn)度、以及顆粒物粒子特性的探測(cè)，可以有效彌補(bǔ)當(dāng)前我國(guó)在大氣顆粒物遙感探測(cè)不足，有助于開(kāi)展氣溶膠細(xì)粒子的來(lái)源分布，分析大氣顆粒物特性，解析灰霾天氣的細(xì)粒子時(shí)空分布，分析大氣邊界層以上沙塵和卷云特性及混合層厚度和動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)的時(shí)間演變。
[0003]激光雷達(dá)探測(cè)光源部分由激光器和發(fā)射光學(xué)單元兩部分組成。激光器是決定激光雷達(dá)探測(cè)性能的關(guān)鍵因素之一，激光器的類(lèi)型和性能要求取決于系統(tǒng)的要求和具體的探測(cè)對(duì)象。可用的激光器主要類(lèi)型有:用于散射型激光雷達(dá)的激光器主要有多波長(zhǎng)輸出的閃光燈泵浦或二極管泵浦Nd: YAG激光器、紅寶石激光器、二氧化碳激光器等。目前，一些新型激光器(如板條激光器、微芯片激光器、波導(dǎo)激光器以及固化拉曼激光器)正處于研發(fā)中，它們很快也會(huì)應(yīng)用到激光雷達(dá)之中。激光器的性能指標(biāo)主要有輸出波長(zhǎng)、能量及其穩(wěn)定性、重復(fù)頻率、光束發(fā)散角、激光脈沖寬度等。激光波長(zhǎng)決定了激光雷達(dá)探測(cè)成份的種類(lèi)；能量的大小影響雷達(dá)有效范圍探測(cè)范圍和信噪比，激光器的高重復(fù)頻率能夠改善激光雷達(dá)探測(cè)的時(shí)空分布特征。
[0004]而激光雷達(dá)探測(cè)光源發(fā)散角會(huì)影響到激光雷達(dá)的信噪比和系統(tǒng)探測(cè)的穩(wěn)定性，如果激光雷達(dá)探測(cè)光源發(fā)散角大于設(shè)計(jì)指標(biāo)，大量的背景光會(huì)進(jìn)行探測(cè)器，導(dǎo)致激光雷達(dá)探測(cè)信號(hào)噪聲增加，信噪比降低，無(wú)法滿(mǎn)足激光雷達(dá)數(shù)據(jù)反演的要求；而如果激光雷達(dá)探測(cè)光源發(fā)散角小于設(shè)計(jì)指標(biāo)時(shí)，會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)的穩(wěn)定降低，激光雷達(dá)有效探測(cè)光會(huì)發(fā)射到激光雷達(dá)探測(cè)視場(chǎng)外，其回波信號(hào)無(wú)法被探測(cè)器接收，所以一般要求發(fā)射光束的發(fā)散角比視場(chǎng)角間的值小些。
[0005]可見(jiàn)，激光雷達(dá)探測(cè)光源發(fā)散角是激光雷達(dá)設(shè)計(jì)的重要參數(shù)之一，后期激光雷達(dá)安裝調(diào)試過(guò)程中，激光雷達(dá)探測(cè)光源發(fā)散角的測(cè)試和調(diào)較優(yōu)劣也是影響激光雷達(dá)性能的關(guān)鍵因素，同時(shí)也是激光裝調(diào)過(guò)程一個(gè)技術(shù)難題。主要原因在于，激光雷達(dá)探測(cè)光源發(fā)散角極小，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于一般的光學(xué)精密儀器探測(cè)光源的發(fā)散角。一般光學(xué)精密儀器的探測(cè)光源發(fā)射角在幾個(gè)至十幾毫弧度之間，而激光器雷達(dá)通常要求探測(cè)光源發(fā)散角在零點(diǎn)幾毫弧度，微脈沖激光雷達(dá)的發(fā)散角在0.01毫弧度左右，激光雷達(dá)對(duì)探測(cè)光源發(fā)散角的要求遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于一般的精密光學(xué)儀器，所以對(duì)激光雷達(dá)光源發(fā)散角測(cè)量裝置和調(diào)試方法提出更為苛刻的要求，需要更為特殊工具和調(diào)較方法。
[0006]但是目前，在已公開(kāi)專(zhuān)利或文獻(xiàn)中，專(zhuān)用于激光雷達(dá)探測(cè)光源發(fā)散角測(cè)量裝置與方法的報(bào)道尚未看到，已公開(kāi)的相關(guān)的專(zhuān)利文獻(xiàn)中，描述的裝置和測(cè)量方法一般用于常規(guī)光學(xué)精密儀器的光源發(fā)散角的測(cè)量，主要有光電探測(cè)器測(cè)量法和CCD成像方法，如中國(guó)科學(xué)院光電技術(shù)研究所的一份中國(guó)發(fā)明專(zhuān)利CN1180232C(授權(quán)公告日為2004年12月15日)激光光束發(fā)散角測(cè)試方法，該方法利用CCD相機(jī)測(cè)量激光器光束聚焦光斑的整個(gè)二維光強(qiáng)分布，然后根據(jù)需要取所需測(cè)量方向的光強(qiáng)一維分布，把光強(qiáng)下降到最大值1/e2(即0.136)處的曲線起、止點(diǎn)包絡(luò)線的大小作為激光光束的在次位置的光斑直徑大小。該方法在激光雷達(dá)探測(cè)光源發(fā)散角測(cè)量方面不適用，首先，激光雷達(dá)探測(cè)光源均被準(zhǔn)直擴(kuò)束，擴(kuò)束后的光斑功率密度比較小，整個(gè)光斑的光強(qiáng)分布差別不大，使用“光強(qiáng)下降到最大值1/e2 (即0.136)處”定義為光斑直徑大小方法，不能準(zhǔn)確的光斑直徑；其次，激光雷達(dá)探測(cè)光源的光斑直徑較大，光斑直接一般在20mm-400mm之間，該方法使用CCD測(cè)量光強(qiáng)分布,會(huì)受CCD探測(cè)面兀面積限制，無(wú)法測(cè)量大光斑。另外一份中國(guó)科學(xué)院半導(dǎo)體研究所的發(fā)明專(zhuān)利CN100354621C(授權(quán)公告日為2007年12月12日)激光器發(fā)散角測(cè)量?jī)x和測(cè)量方法，該發(fā)明描述了一種主要應(yīng)用于半導(dǎo)體激光器出射光束的測(cè)量方法，采用光纖頭測(cè)量光場(chǎng)強(qiáng)度，探測(cè)范圍小，能夠測(cè)量口徑很小的激光光斑；測(cè)量過(guò)程中，移動(dòng)激光器測(cè)量光纖固定不動(dòng)。該方法同樣不適用在激光雷達(dá)探測(cè)光源發(fā)散角測(cè)量，一是，激光雷達(dá)探測(cè)光源光束被擴(kuò)束后光強(qiáng)較弱，而光纖探頭的耦合效率低，插入損耗大，耦合到光纖中極少的光強(qiáng)無(wú)法被探測(cè)；二，該裝置和方法同樣無(wú)法用于較大光斑發(fā)散角的測(cè)量。
[0007]本發(fā)明專(zhuān)利中設(shè)計(jì)了可調(diào)諧雙狹縫光闌，這是與其他專(zhuān)利的根本區(qū)別，可調(diào)諧雙狹縫光闌設(shè)置有兩個(gè)狹縫，狹縫寬度和雙狹縫間距可調(diào)，可能根據(jù)被測(cè)試激光雷達(dá)探測(cè)光源的光斑大小和光強(qiáng)，調(diào)整狹縫寬度與雙狹縫間距，保證有足夠能量通過(guò)被光功率探測(cè)-M狹縫光闌將被測(cè)光源的發(fā)射光束整形為雙光束，僅需測(cè)量雙光束的離散程度，就可以測(cè)得光束的發(fā)散角，不需要測(cè)量整個(gè)光斑光強(qiáng)分布，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)大直徑光斑的測(cè)量，這是以往其他測(cè)量方法無(wú)法做到的；本發(fā)明專(zhuān)利中，對(duì)雙光束光強(qiáng)的測(cè)量獲得光強(qiáng)曲線圖，測(cè)量計(jì)算曲線圖中雙峰中心線之間距離，而不像傳統(tǒng)方法那樣通過(guò)測(cè)量光強(qiáng)確定光斑大小，顯然雙峰中心線間距的測(cè)量更加容易、精度更高、誤差更小。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0008]本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種激光雷達(dá)探測(cè)光源發(fā)散角測(cè)量裝置與方法，在激光雷達(dá)裝配和測(cè)試過(guò)程中實(shí)現(xiàn)對(duì)激光雷達(dá)探測(cè)光源發(fā)散角測(cè)量和調(diào)校。創(chuàng)新地設(shè)計(jì)了可調(diào)諧雙狹縫光闌，雙狹縫光闌將被測(cè)光源的發(fā)射光束整形為雙光束，僅需測(cè)量雙光束的離散程度，就可以測(cè)得光束的發(fā)散角，不需要測(cè)量整個(gè)光斑光強(qiáng)分布，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)大直徑光斑的測(cè)量，這是傳統(tǒng)測(cè)量方法和裝置法無(wú)法實(shí)現(xiàn)的；通過(guò)測(cè)量雙光束光強(qiáng)曲線圖，測(cè)量計(jì)算曲線圖中雙峰中心線之間距離，與傳統(tǒng)方法測(cè)量光斑大小的方法比較,雙峰中心線間距的測(cè)量更加容易、精度更高、誤差更小。
[0009]本發(fā)明解決上述技術(shù)問(wèn)題采用的技術(shù)方案為:一種激光雷達(dá)探測(cè)光源發(fā)散角測(cè)量裝置包括:探測(cè)光源、光學(xué)升降臺(tái)、準(zhǔn)直望遠(yuǎn)鏡、可升降光學(xué)調(diào)整架一、可調(diào)諧雙狹縫光闌、可升降光學(xué)調(diào)整架二、光闌、高精密平移平臺(tái)、光功率計(jì)，所述部件依次固定在測(cè)量平臺(tái)上；所述探測(cè)光源水平安裝在升降光學(xué)調(diào)整架一上，高度可調(diào)，調(diào)整光學(xué)升級(jí)臺(tái)使得探測(cè)光源發(fā)射光束沿系統(tǒng)中心光軸發(fā)射；所述準(zhǔn)直望遠(yuǎn)鏡固定在升降光學(xué)調(diào)整架一上，高度可調(diào)，俯仰角度可調(diào)，調(diào)整升降光學(xué)調(diào)整架一使得準(zhǔn)直望遠(yuǎn)鏡的中心軸與系統(tǒng)中心光軸共軸，探測(cè)光源光束經(jīng)準(zhǔn)直望遠(yuǎn)鏡準(zhǔn)直擴(kuò)束后發(fā)射向可調(diào)諧雙狹縫光闌；所述可調(diào)諧雙狹縫光闌固定在可升降光學(xué)調(diào)整架二上，高度可調(diào)，俯仰角度可調(diào)，可調(diào)諧雙狹縫光闌設(shè)置有兩個(gè)狹縫，分別為狹縫A和狹縫B，狹縫A和狹縫B的狹縫寬度可調(diào)，狹縫A和狹縫B的狹縫間距可調(diào)，狹縫寬度范圍為0.5mm-5mm，狹縫間距可調(diào)整范圍為4mm-120mm ;所述光功率計(jì)固定安裝在高精密平移平臺(tái)上，垂直高度和水平距離可調(diào)整，其中水平設(shè)置有刻度線，可以精密調(diào)整，水平調(diào)整精度為0.1mm，測(cè)量范圍為0-120mm ;光功率計(jì)具有測(cè)量精度高特點(diǎn)，測(cè)量波長(zhǎng)范圍150nm-8um，測(cè)量功率范圍60uw-3w，測(cè)量精度3% ;所述光闌固定安裝在光功率計(jì)的探測(cè)器前，光闌直徑為30mm，中心設(shè)計(jì)有孔徑可調(diào)的通光孔，通光孔可調(diào)諧范圍0.5mm-5mm ；光闌、高精密平移平臺(tái)和光功率計(jì)安裝后是一個(gè)整體，可以沿系統(tǒng)中心光軸方向在測(cè)量平臺(tái)上平行移動(dòng)，水平調(diào)諧高精密平移平臺(tái)時(shí)，光闌和光功率計(jì)可以沿垂直于系統(tǒng)中心光軸方向水平步進(jìn)移動(dòng)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)光束光斑能量軸向分布的精密測(cè)量。
[0010]利用激光雷達(dá)探測(cè)光源發(fā)散角測(cè)量裝置，所述的發(fā)散角測(cè)量和調(diào)試方法為:
[0011](I)調(diào)整可升降光學(xué)調(diào)整架二高度，使可調(diào)諧雙狹縫光闌中心位于與系統(tǒng)中心光軸上，調(diào)整可升降光學(xué)調(diào)整架二高度俯仰角度，使可調(diào)諧雙狹縫光闌與系統(tǒng)中心光軸垂直，調(diào)整狹縫A和狹縫B的狹縫寬度，使得通過(guò)可調(diào)諧雙狹縫光闌的光束在光闌處能夠成相對(duì)較清晰的像，狹縫A和狹縫B的狹縫寬度一般調(diào)整為0.5mm-2mm時(shí)，成像較為清晰；調(diào)整狹縫A和狹縫B之間的狹縫間距為B毫米，使得光束能夠通過(guò)狹縫A和狹縫B后形成雙光束；
[0012](2)沿系統(tǒng)中心光軸方向在測(cè)量平臺(tái)上平行移動(dòng)光闌、高精密平移平臺(tái)和光功率計(jì)，將其固定在與雙狹縫光闌距離為L(zhǎng)的位置處，要求L大于IOm;在垂直方向上調(diào)諧高精密平移平臺(tái)，使得光闌的中心小孔與中心光軸等高；
[0013]( 3 )測(cè)量步驟(I)中所述雙光束的光斑能量分布，在水平方向上調(diào)諧高精密平移平臺(tái)，使得光闌的中心小孔位于步驟(I)中所述雙光束在光闌所成像的一側(cè)，然后在水平方向慢慢調(diào)諧高精密平移平臺(tái)，使得光闌沿水平方向上一步一步向探測(cè)光束步進(jìn)，直至完全通過(guò)步驟(I)中所述雙光束在光闌所成像，光闌每步進(jìn)一次，記錄步進(jìn)的距離和光功率計(jì)的測(cè)量值；以所記錄的步進(jìn)距離值為X軸坐標(biāo)值，光功率計(jì)的測(cè)量值為Y軸坐標(biāo)值繪圖，獲取一個(gè)雙峰結(jié)構(gòu)的曲線圖，并計(jì)算曲線圖中雙峰中心線之間距離d ；
[0014](4)多次平均測(cè)量計(jì)算曲線圖中雙峰中心線之間距離，重復(fù)步驟(3)，重復(fù)測(cè)量雙光束在光闌所成像的能量分布，計(jì)算測(cè)量曲線圖中雙峰中心線之間距離，重復(fù)測(cè)量計(jì)算五次，將五次測(cè)量計(jì)算的平均值記為D ；
[0015](5)根據(jù)步驟(I)、(2)、(4)中的測(cè)量計(jì)算值，計(jì)算激光雷達(dá)探測(cè)光源發(fā)散角
0,0= (D-B) / (1000*L)；
[0016](6)將激光雷達(dá)探測(cè)光源發(fā)散角計(jì)算值0與激光雷達(dá)系統(tǒng)設(shè)計(jì)指標(biāo)需求值比較，如果計(jì)算值0大于或小于激光雷達(dá)系統(tǒng)設(shè)計(jì)指標(biāo)需求值，需要更換準(zhǔn)直望遠(yuǎn)鏡或者調(diào)整準(zhǔn)直望遠(yuǎn)鏡結(jié)構(gòu)后，重復(fù)步驟(I)至步驟(5)再次測(cè)量計(jì)算激光雷達(dá)探測(cè)光源發(fā)散角0，直至激光雷達(dá)探測(cè)光源發(fā)散角計(jì)算值e滿(mǎn)足系統(tǒng)設(shè)計(jì)指標(biāo)要求。
[0017]所述的激光雷達(dá)探測(cè)光源發(fā)散角測(cè)量裝置設(shè)計(jì)了可調(diào)諧雙狹縫光闌，可調(diào)諧雙狹縫光闌將被測(cè)光源的發(fā)射光束整形為雙光束。
[0018]所述的激光雷達(dá)探測(cè)光源發(fā)散角測(cè)量裝置測(cè)量精度高，裝置可以實(shí)現(xiàn)0.0lmrad光束發(fā)散角的測(cè)量；
[0019]所述的裝置與方法，可用于不同直徑光束的發(fā)散角的測(cè)量，可測(cè)量最小光束直徑為2mm,最大光束直徑為400mm。
[0020]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比的有益效果:
[0021](I)本發(fā)明的激光雷達(dá)探測(cè)光源發(fā)散角測(cè)量裝置與方法可用于不同直徑光束的發(fā)散角的測(cè)量，可測(cè)量最小光束直徑為2_，最大光束直徑為400_。大光斑直徑的測(cè)量是本發(fā)明專(zhuān)利的創(chuàng)新之一，已公開(kāi)的專(zhuān)利或文獻(xiàn)中描述的發(fā)散角的測(cè)量方法，一般用于小直徑光束發(fā)散角的測(cè)量；
[0022]( 2)本發(fā)明中創(chuàng)新地設(shè)計(jì)了可調(diào)諧雙狹縫光闌，雙狹縫光闌將被測(cè)光源的發(fā)射光束整形為雙光束，僅需測(cè)量雙光束的離散程度，就可以測(cè)得光束的發(fā)散角，而傳統(tǒng)光束發(fā)散角測(cè)量方法一般為測(cè)量整個(gè)光斑光強(qiáng)分布，傳統(tǒng)方法是測(cè)量整個(gè)光斑面元，而本發(fā)明專(zhuān)利的方法僅需要光斑面中的兩個(gè)點(diǎn)元，顯然本發(fā)明專(zhuān)利的方法更加簡(jiǎn)單，精度更高；
[0023](3)本發(fā)明在測(cè)量雙光束離散程度時(shí)，通過(guò)測(cè)量雙光束光強(qiáng)曲線圖，利用曲線圖中雙峰中心線之間距離，進(jìn)而確定光斑的位置，測(cè)量光束發(fā)散角。而傳統(tǒng)方法一般是通過(guò)測(cè)量光強(qiáng)測(cè)量光斑大小的方法確定光斑位置，本發(fā)明專(zhuān)利使用的方法精度更高、誤差更小，因此本發(fā)明裝置和方法可實(shí)現(xiàn)0.0lmrad光束發(fā)散角的測(cè)量。
【專(zhuān)利附圖】
【附圖說(shuō)明】
[0024]圖1為本發(fā)明探測(cè)裝置的組成框圖；
[0025]圖2為可調(diào)諧雙狹縫光闌結(jié)構(gòu)示意圖；
[0026]圖3為雙光束的雙峰結(jié)構(gòu)曲線圖。
【具體實(shí)施方式】
[0027]下面結(jié)合附圖以及具體實(shí)施例進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明。
[0028]如圖1所示，本發(fā)明的激光雷達(dá)探測(cè)光源發(fā)散角測(cè)量裝置與方法主要由探測(cè)光源
1、光學(xué)升降臺(tái)2、準(zhǔn)直望遠(yuǎn)鏡3、可升降光學(xué)調(diào)整架一 4、可調(diào)諧雙狹縫光闌5、可升降光學(xué)調(diào)整架二 6、光闌7、高精密平移平臺(tái)8、光功率計(jì)9組成，所述部件依次固定在測(cè)量平臺(tái)10上；所述探測(cè)光源I水平安裝在升降光學(xué)調(diào)整架一 4上，高度可調(diào)，調(diào)整光學(xué)升級(jí)臺(tái)2使探測(cè)光源I發(fā)射光束沿系統(tǒng)中心光軸11發(fā)射；所述準(zhǔn)直望遠(yuǎn)鏡3固定在升降光學(xué)調(diào)整架一 4上，高度可調(diào)，俯仰角度可調(diào)，調(diào)整升降光學(xué)調(diào)整架一 4使準(zhǔn)直望遠(yuǎn)鏡3的中心軸與系統(tǒng)中心光軸11共軸，探測(cè)光源I光束經(jīng)準(zhǔn)直望遠(yuǎn)鏡3準(zhǔn)直擴(kuò)束后發(fā)射向可調(diào)諧雙狹縫光闌5 ;所述可調(diào)諧雙狹縫光闌5固定在可升降光學(xué)調(diào)整架二 6上，高度可調(diào)，俯仰角度可調(diào)，可調(diào)諧雙狹縫光闌5如圖2所示，設(shè)置有兩個(gè)狹縫，分別為狹縫A12和狹縫B13，狹縫A12和狹縫B13的狹縫寬度可調(diào)，狹縫A12和狹縫B13的狹縫間距可調(diào)，狹縫寬度范圍為0.5_-5_，狹縫間距可調(diào)整范圍為4mm-120mm ;所述光功率計(jì)9固定安裝在高精密平移平臺(tái)8上，垂直高度和水平距離可調(diào)整，其中水平設(shè)置有刻度線，可以精密調(diào)整，水平調(diào)整精度為0.1mm，測(cè)量范圍為0-120mm ;光功率計(jì)9具有測(cè)量精度高特點(diǎn)，測(cè)量波長(zhǎng)范圍150nm_8um，測(cè)量功率范圍60uw-3w,測(cè)量精度3% ;所述光闌7固定安裝在光功率計(jì)9的探測(cè)器前，光闌7直接為30mm，設(shè)計(jì)有孔徑可調(diào)的通光孔，通光孔可調(diào)諧范圍0.5mm-5mm ;光闌7、高精密平移平臺(tái)8和光功率計(jì)9安裝后是一個(gè)整體，可以沿系統(tǒng)中心光軸11方向在測(cè)量平臺(tái)10上平行移動(dòng)，水平調(diào)諧高精密平移平臺(tái)8時(shí)，光闌7和光功率計(jì)9可以沿垂直于系統(tǒng)中心光軸11方向水平步進(jìn)移動(dòng)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)光束光斑能量軸向分布的精密測(cè)量。利用激光雷達(dá)探測(cè)光源發(fā)散角測(cè)量裝置，以光束直徑為40_的激光雷達(dá)探測(cè)光源發(fā)散角測(cè)量為例進(jìn)行說(shuō)明，所述方法具體步驟為:
[0029](I)調(diào)整可升降光學(xué)調(diào)整架二 6高度，使可調(diào)諧雙狹縫光闌5中心位于與系統(tǒng)中心光軸11上，調(diào)整可升降光學(xué)調(diào)整架二 6高度俯仰角度，使可調(diào)諧雙狹縫光闌5與系統(tǒng)中心光軸11垂直，調(diào)整狹縫A12和狹縫B13的狹縫寬度為1_，使得通過(guò)可調(diào)諧雙狹縫光闌5的光束在光闌7處能夠成相對(duì)較清晰的像，狹縫A12和狹縫B13的狹縫寬度一般調(diào)整為
0.時(shí)，成像較為清晰；調(diào)整狹縫A12和狹縫B13之間的狹縫間距為3.6mm，使得光束能夠通過(guò)狹縫A12和狹縫B13后形成雙光束；
[0030](2)沿系統(tǒng)中心光軸11方向在測(cè)量平臺(tái)10上平行移動(dòng)光闌7、高精密平移平臺(tái)8和光功率計(jì)9，將其固定在與雙狹縫光闌(5)距離為L(zhǎng)的位置處，L為15m ;在垂直方向上調(diào)諧高精密平移平臺(tái)8，使得光闌7的中心小孔與中心光軸11等高；
[0031 ] ( 3 )測(cè)量步驟(I)中所述雙光束的光斑能量分布，在水平方向上調(diào)諧高精密平移平臺(tái)8，使得光闌7的中心小孔位于步驟I中所述雙光束在光闌7所成像的一側(cè)，然后在水平方向慢慢調(diào)諧高精密平移平臺(tái)8，使得光闌7沿水平方向上一步一步向探測(cè)光束步進(jìn)，直至完全通過(guò)步驟I中所述雙光束在光闌7所成像，光闌(7)每步進(jìn)一次，記錄步進(jìn)的距離和光功率計(jì)9的測(cè)量值；以所記錄的步進(jìn)距離值為X軸坐標(biāo)值，光功率計(jì)9的測(cè)量值為Y軸坐標(biāo)值繪圖，獲取一個(gè)雙峰結(jié)構(gòu)的曲線圖11，如圖3所示，曲線峰A和B分別為探測(cè)光通過(guò)狹縫A12和狹縫B13后形成雙光束的光強(qiáng)，并計(jì)算曲線圖中雙峰中心線之間距離d ；
[0032](4)多次平均測(cè)量計(jì)算曲線圖中雙峰中心線之間距離，重復(fù)步驟(3)，重復(fù)測(cè)量雙光束在光闌7所成像的能量分布，計(jì)算測(cè)量曲線圖中雙峰中心線之間距離，重復(fù)測(cè)量計(jì)算五次，五次測(cè)量計(jì)算的平均值D為3.9mm ;
[0033](5)根據(jù)步驟(I)、(2)、(4)中的測(cè)量計(jì)算值，計(jì)算激光雷達(dá)探測(cè)光源發(fā)散角
0,0= (D-B) / (1000*L)= (3.9-3.6)/ (1000*15) =0.2mrad ;
[0034](6)激光雷達(dá)探測(cè)光源發(fā)散角計(jì)算值0為0.2mrad滿(mǎn)足激光雷達(dá)系統(tǒng)設(shè)計(jì)指標(biāo)需求值。如果計(jì)算值e大于或小于激光雷達(dá)系統(tǒng)設(shè)計(jì)指標(biāo)需求值，需要更換準(zhǔn)直望遠(yuǎn)鏡3或者調(diào)整準(zhǔn)直望遠(yuǎn)鏡3結(jié)構(gòu)后，重復(fù)步驟I至步驟5再次測(cè)量計(jì)算激光雷達(dá)探測(cè)光源發(fā)散角e，直至激光雷達(dá)探測(cè)光源發(fā)散角計(jì)算值e滿(mǎn)足系統(tǒng)設(shè)計(jì)指標(biāo)要求。
[0035]所述的激光雷達(dá)探測(cè)光源發(fā)散角測(cè)量裝置設(shè)計(jì)了可調(diào)諧雙狹縫光闌，可調(diào)諧雙狹縫光闌5將被測(cè)光源的發(fā)射光束整形為雙光束；
[0036]所述的激光雷達(dá)探測(cè)光源發(fā)散角測(cè)量裝置與方法，測(cè)量精度高，所述的激光雷達(dá)探測(cè)光源發(fā)散角測(cè)量裝置可以實(shí)現(xiàn)0.0lmrad光束發(fā)散角的測(cè)量；
[0037]所述的激光雷達(dá)探測(cè)光源發(fā)散角測(cè)量裝置與方法可用于不同直徑光束的發(fā)散角的測(cè)量，可測(cè)量最小光束直徑為2_，最大光束直徑為400_ ；
[0038]本發(fā)明未詳細(xì)闡述部分屬于本領(lǐng)域技術(shù)人員的公知常識(shí)。
【權(quán)利要求】
1.一種激光雷達(dá)探測(cè)光源發(fā)散角測(cè)量裝置，其特征在于，包括:探測(cè)光源(I)、光學(xué)升降臺(tái)(2)、準(zhǔn)直望遠(yuǎn)鏡(3)、可升降光學(xué)調(diào)整架一(4)、可調(diào)諧雙狹縫光闌(5)、可升降光學(xué)調(diào)整架二(6)、光闌(7)、高精密平移平臺(tái)(8)、光功率計(jì)(9)，所述部件依次固定在測(cè)量平臺(tái)(10)上；所述探測(cè)光源(I)水平安裝在升降光學(xué)調(diào)整架一(4)上，高度可調(diào)，調(diào)整光學(xué)升級(jí)臺(tái)(2 )使得探測(cè)光源(I)發(fā)射光束沿系統(tǒng)中心光軸(11)發(fā)射；所述準(zhǔn)直望遠(yuǎn)鏡(3 )固定在升降光學(xué)調(diào)整架一(4)上，高度可調(diào)，俯仰角度可調(diào)，調(diào)整升降光學(xué)調(diào)整架一(4)使得準(zhǔn)直望遠(yuǎn)鏡(3)的中心軸與系統(tǒng)中心光軸(11)共軸，探測(cè)光源(I)光束經(jīng)準(zhǔn)直望遠(yuǎn)鏡(3)準(zhǔn)直擴(kuò)束后發(fā)射向可調(diào)諧雙狹縫光闌(5);所述可調(diào)諧雙狹縫光闌(5)固定在可升降光學(xué)調(diào)整架二(6)上，高度可調(diào)，俯仰角度可調(diào)，可調(diào)諧雙狹縫光闌(5)設(shè)置有兩個(gè)狹縫，分別為狹縫A(12)和狹縫B(13)，狹縫A (12)和狹縫B (13)的狹縫寬度可調(diào)，狹縫A (12)和狹縫B(13)的狹縫間距可調(diào)，狹縫寬度范圍為0.5mm-5mm，狹縫間距可調(diào)整范圍為4mm-120mm ;所述光功率計(jì)(9)固定安裝在高精密平移平臺(tái)(8)上，垂直高度和水平距離可調(diào)整，其中水平設(shè)置有刻度線，可以精密調(diào)整，水平調(diào)整精度為0.1mm，測(cè)量范圍為0-120mm ;光功率計(jì)(9)具有測(cè)量精度高特點(diǎn)，測(cè)量波長(zhǎng)范圍150nm-8um，測(cè)量功率范圍60uw-3w，測(cè)量精度3% ;所述光闌(7)固定安裝在光功率計(jì)(9)的探測(cè)器前，光闌(7)外徑為30mm，中心設(shè)計(jì)有孔徑可調(diào)的通光孔，通光孔可調(diào)諧范圍0.5mm-5mm ;光闌(7)、高精密平移平臺(tái)(8)和光功率計(jì)(9)安裝后是一個(gè)整體，可以沿系統(tǒng)中心光軸(11)方向在測(cè)量平臺(tái)(10)上平行移動(dòng)，水平調(diào)諧高精密平移平臺(tái)(8)時(shí)，光闌(7)和光功率計(jì)(9)可以沿垂直于系統(tǒng)中心光軸(11)方向水平步進(jìn)移動(dòng)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)光束光斑能量軸向分布的精密測(cè)量。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的激光雷達(dá)探測(cè)光源發(fā)散角測(cè)量裝置，其特征在于:該裝置設(shè)計(jì)了可調(diào)諧雙狹縫光闌(5)，可調(diào)諧雙狹縫光闌(5)將被測(cè)光源的發(fā)射光束整形為雙光束。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的激光雷達(dá)探測(cè)光源發(fā)散角測(cè)量裝置，其特征在于:該裝置測(cè)量精度高，可以實(shí)現(xiàn)0.0 Imrad光束發(fā)散角的測(cè)量。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的激光雷達(dá)探測(cè)光源發(fā)散角測(cè)量裝置，其特征在于:該裝置可用于不同直徑光束的發(fā)散角的測(cè)量，可測(cè)量最小光束直徑為2_，最大光束直徑為400_。
5.利用權(quán)利要求1所述的激光雷達(dá)探測(cè)光源發(fā)散角測(cè)量裝置進(jìn)行發(fā)散角測(cè)量和調(diào)試的方法，其特征在于，所述的發(fā)散角測(cè)量和調(diào)試的方法包括如下步驟: 步驟(1)調(diào)整可升降光學(xué)調(diào)整架二(6)高度，使可調(diào)諧雙狹縫光闌(5)中心位于與系統(tǒng)中心光軸(11)上，調(diào)整可升降光學(xué)調(diào)整架二(6)高度俯仰角度，使可調(diào)諧雙狹縫光闌(5)與系統(tǒng)中心光軸(11)垂直，調(diào)整狹縫A (12)和狹縫B (13)的狹縫寬度，使得通過(guò)可調(diào)諧雙狹縫光闌(5)的光束在光闌(7)處能夠成相對(duì)較清晰的像，狹縫A (12)和狹縫B (13)的狹縫寬度一般調(diào)整為0.時(shí)，成像較為清晰；調(diào)整狹縫A (12)和狹縫B (13)之間的狹縫間距為B毫米； 步驟(2)在測(cè)量平臺(tái)(10)上，沿系統(tǒng)中心光軸(11)方向平行移動(dòng)光闌(7)、高精密平移平臺(tái)(8)和光功率計(jì)(9)，將其固定在與雙狹縫光闌(5)距離為L(zhǎng)的位置處，要求L大于IOm;在垂直方向上調(diào)諧高精密平移平臺(tái)(8)，使得光闌(7)的中心小孔與中心光軸(11)等聞; 步驟(3)測(cè)量步驟(1)中所述雙光束的光斑能量分布，在水平方向上調(diào)諧高精密平移平臺(tái)(8)，使得光闌(7)的中心小孔位于步驟(1)中所述雙光束在光闌(7)所成像的一側(cè)，然后在水平方向慢慢調(diào)諧高精密平移平臺(tái)(8)，使得光闌(7)沿水平方向上一步一步向探測(cè)光束步進(jìn)，直至完全通過(guò)步驟(1)中所述雙光束在光闌(7 )所成像，光闌(7 )每步進(jìn)一次，記錄步進(jìn)的距離和光功率計(jì)(9)的測(cè)量值；以所記錄的步進(jìn)距離值為X軸坐標(biāo)值，光功率計(jì)(9)的測(cè)量值為Y軸坐標(biāo)值繪圖，獲取一個(gè)雙峰結(jié)構(gòu)的曲線圖(14)，并計(jì)算曲線圖中雙峰中心線之間距離d ； 步驟(4)多次平均測(cè)量計(jì)算曲線圖中雙峰中心線之間距離，重復(fù)步驟(3)，重復(fù)測(cè)量雙光束在光闌(7)所成像的能量分布，計(jì)算測(cè)量曲線圖中雙峰中心線之間距離d，重復(fù)測(cè)量計(jì)算五次，將五次測(cè)量計(jì)算的平均值記為D ； 步驟(5)根據(jù)步驟(1)、(2)、(4)中的測(cè)量計(jì)算值，計(jì)算激光雷達(dá)探測(cè)光源發(fā)散角.0,0= (D-B) / (1000*L)； 步驟(6)將激光雷達(dá)探測(cè)光源發(fā)散角計(jì)算值0與激光雷達(dá)系統(tǒng)設(shè)計(jì)指標(biāo)需求值比較，如果計(jì)算值0大于或小于激光雷達(dá)系統(tǒng)設(shè)計(jì)指標(biāo)需求值，需要更換準(zhǔn)直望遠(yuǎn)鏡(3)或者調(diào)整準(zhǔn)直望遠(yuǎn)鏡(3 )結(jié)構(gòu)后，重復(fù)步驟(1)至步驟(5 )再次測(cè)量計(jì)算激光雷達(dá)探測(cè)光源發(fā)散角e，直至激光雷達(dá)探測(cè)光源發(fā)散角計(jì)算值e滿(mǎn)足系統(tǒng)設(shè)計(jì)指標(biāo)要求。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于:該方法可用于不同直徑光束的發(fā)散角的測(cè)量，可測(cè)量最小光束直 徑為2_，最大光束直徑為400_。
【文檔編號(hào)】G01S7/497GK103645471SQ201310713857
【公開(kāi)日】2014年3月19日 申請(qǐng)日期:2013年12月20日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月20日
【發(fā)明者】董云升, 張?zhí)焓? 陸亦懷, 劉建國(guó), 劉文清, 趙南京, 范廣強(qiáng) 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院合肥物質(zhì)科學(xué)研究院