本發(fā)明屬于水下探測和照明技術(shù)領(lǐng)域。多波段半導(dǎo)體激光水下探測/照明裝置，采用在水下透射系數(shù)最高的480-532nm的藍(lán)綠半導(dǎo)體激光作為探測/照明光源，有助于提高對水下目標(biāo)的觀察距離或探測能力。利用半導(dǎo)體激光器的電光轉(zhuǎn)換效率高、體積小和重量輕等獨特優(yōu)勢，能夠更好地適應(yīng)水下無人小平臺的使用要求。該裝置可獨立使用，也可與led和鹵素照明燈或532nm固體激光器配合使用，作為現(xiàn)有水下照明設(shè)備的一種輔助照明增程手段。

背景技術(shù)：

水下基本是一個全黑世界，除聲波可在水里傳播以外，480-532nm的光波也是一個寶貴的水下傳輸窗口。過去幾十年間，為彌補聲波探測在成像和定位精度方面的不足，相繼發(fā)展了鹵素強光燈、led燈和532nm固體藍(lán)綠激光等水下光源，為實現(xiàn)人眼直接觀察、ccd攝影成像和近程目標(biāo)探測提供了幾種照明/探測光源。

近年來，隨著小型水下航行器的迅速發(fā)展與廣泛使用，對具有更高電光轉(zhuǎn)換效率和適應(yīng)多樣化水質(zhì)的新型照明光源提出了迫切需求。在此形勢下，上述傳統(tǒng)水下光源也開始面臨諸多挑戰(zhàn)。如

1、目前水下常用的百瓦級led燈的水下照明距離太近，通常不超過5-8米。其原因主要在于：鹵素強光燈和led燈均為可見光-近紅外的寛光譜光源，能在水下有效傳輸?shù)墓庾V能量實際不足整個光譜能量的20％，故燈能量的利用率很低。如果依靠提高光源的發(fā)射功率來進一步增加水下的作用距離，顯然將大幅增加對水下平臺的供電壓力，也不適合小型水下航行器使用。

2、現(xiàn)有的532nm固體藍(lán)綠激光器自身存在一些技術(shù)弱點，非水下最佳光源。原因，一則532nm激光是由高峰值功率1064nm固體激光器二倍頻獲得，該類激光器自身的光電轉(zhuǎn)換效率通常不超過百分之幾，若再加上倍頻效率(最高不過60％)，故532nm綠光的總電光轉(zhuǎn)換效率太低，不利于水下平臺使用；二則，該波段雖位于水下透射波段，但接近上限，并非為不同海域的最佳透射波長；三則水下觀察/攝影用iccd探測器原本為寬光譜接收器件，但因照明激光波長單一，所以也難發(fā)揮接收器件的寬譜響應(yīng)特點。

若與上述光源相比，本發(fā)明所提出的多波段半導(dǎo)體激光水下探測/照明裝置，由480-532nm波段內(nèi)的多支半導(dǎo)體激光器作光源，技術(shù)優(yōu)勢明顯，如

1、480-532nm波段內(nèi)的半導(dǎo)體激光器的發(fā)射能量全部位于水下透射波段范圍，且可根據(jù)工作水質(zhì)與目標(biāo)反射特征的需要，從中選擇最佳激光波長，由此較鹵素強光燈和led燈在水下的實際有用光譜能量利用率更高。

2、半導(dǎo)體激光器的電光轉(zhuǎn)換效率是目前各類激光器中電光轉(zhuǎn)換效率最高者，通常為20-50％，故較532nm固體藍(lán)綠激光器對承載平臺的體積、重量和供電壓力更小。

3、半導(dǎo)體激光器可很方便地實現(xiàn)準(zhǔn)連續(xù)與脈沖工作方式的切換，更容易滿足多樣式工作需求。

由上可見，本發(fā)明具有較高的實際應(yīng)用價值，容易推廣使用。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是為有效提高對水下目標(biāo)的觀察距離或圖像觀察清晰度，提供一種新的發(fā)展思路與技術(shù)途徑。

本發(fā)明的多波段半導(dǎo)體激光水下探測/照明裝置，它是按下述方案實現(xiàn)的。多波段半導(dǎo)體激光水下探測/照明裝置包括多波段半導(dǎo)體激光器組、發(fā)射光學(xué)系統(tǒng)、iccd光電探測器、激光探測器、接收光學(xué)系統(tǒng)、系統(tǒng)控制器和信號/圖像顯示器。其特征是：多波段半導(dǎo)體激光器組由480-532nm波段內(nèi)的多支半導(dǎo)體激光器組成，主要激光波長有488nm、514nm、520nm、525nm等?？筛鶕?jù)水質(zhì)狀態(tài)、目標(biāo)特點與照明距離等要求，將多支不同波長的激光器或同一波長的多支激光器進行適當(dāng)組合。不同波長半導(dǎo)體激光器的最大輸出功率為幾十毫瓦-幾瓦。系統(tǒng)控制器可對多波段半導(dǎo)體激光器組的工作狀態(tài)、輸出功率、重復(fù)頻率與發(fā)射時間進行控制，如根據(jù)水質(zhì)狀況和工作距離需求，控制多波段半導(dǎo)體激光器組中每支激光器的輸出功率與重復(fù)頻率；如根據(jù)水下任務(wù)不同，控制激光器以準(zhǔn)連續(xù)或脈沖方式工作，用于激光照明時，可準(zhǔn)連續(xù)工作，用于激光探測時，可脈沖工作，并通過獲取激光脈沖的發(fā)射時間，精確控制iccd光電探測器成像幀頻與激光脈沖的發(fā)射時間同步。多波段半導(dǎo)體激光器組與發(fā)射光學(xué)系統(tǒng)，可根據(jù)承載平臺的特點與使用要求，采取圓形、矩形或環(huán)狀排布方式。其中，圓形排布適用于收發(fā)合一的光學(xué)系統(tǒng)，iccd光電探測器被放置在光學(xué)發(fā)射/接收系統(tǒng)的中心，多波段半導(dǎo)體激光器組中的多支激光器均勻分布在其周邊；矩形排布適用于收發(fā)分離的光學(xué)系統(tǒng)，多波段半導(dǎo)體激光器組中的激光器可按正方形或長方形排布，在相應(yīng)的發(fā)射光學(xué)系統(tǒng)配套下，成為一個獨立的發(fā)射單元；若將多波段半導(dǎo)體激光器組中各激光器的輸出端與其相對應(yīng)的光纖耦合器和傳導(dǎo)光纖連接，就可將各路激光的輸出光束引導(dǎo)到所需位置；若將傳導(dǎo)光纖的輸出端固定在一個半徑可變的環(huán)套上，還可直接將其加裝到led或鹵素照明燈發(fā)射光學(xué)鏡筒外上；若將傳導(dǎo)光纖的輸出端面加工成會聚透鏡狀，還可實現(xiàn)壓縮激光輸出光束的發(fā)散角，并準(zhǔn)直發(fā)射出去，以此作為配合現(xiàn)有水下照明燈使用的一種激光照明增程設(shè)備。信號/圖象顯示器可用于顯示被激光探測/照明的目標(biāo)圖像。多波段半導(dǎo)體激光水下探測/照明裝置可被密封在一個或一個以上的密封結(jié)構(gòu)件中，或?qū)⑵渲卸嗖ǘ伟雽?dǎo)體激光器組中的激光器(機頭)、發(fā)射光學(xué)系統(tǒng)、接收光學(xué)系統(tǒng)、iccd光電探測器和激光探測器等放置在密封殼體內(nèi)，而將激光電源、系統(tǒng)控制器和信號/圖像顯示器等放在船艙內(nèi)，兩部分之間通過電纜和光纜連接，適用于水下不同深度的激光探測/照明使用。多波段半導(dǎo)體激光水下激光探測/照明裝置也可通過傳導(dǎo)光纖與532nm激光的輸出光纜并束，實現(xiàn)兩類激光照明光源的水下復(fù)合應(yīng)用。

本發(fā)明水下透射型多波段激光探測/照明裝置的優(yōu)點是：

1、多波段半導(dǎo)體激光器組的發(fā)射波長分布在480-532nm范圍，能更好地適應(yīng)不同海域的水質(zhì)情況和不同目標(biāo)的波長反射特性；

2、半導(dǎo)體激光器組和發(fā)射光學(xué)系統(tǒng)可根據(jù)需要和平臺特點，設(shè)計成為手電筒、探照燈或環(huán)狀嵌套等結(jié)構(gòu)，便于加裝在各種水下平臺上，或與現(xiàn)有的水下照明燈配套使用；

3、與目前水下常用的鹵素強光燈和led燈相比，由于半導(dǎo)體激光器組的輸出能量全部位于水的最佳透射波段，且半導(dǎo)體激光器組的電光轉(zhuǎn)換效率高，故在同樣供電功率下，半導(dǎo)體激光器組的水下探測/照明距離應(yīng)該更遠(yuǎn)；若與532nm固體藍(lán)綠激光器相比，不但半導(dǎo)體激光器組的電光轉(zhuǎn)換效率高，輸出波長較532nm更接近水的透射波段，且有多個波長可選，因此能更好地適應(yīng)不同海域的水質(zhì)情況，及對不同反射率目標(biāo)的探測；此外，還可充分發(fā)揮iccd等探測器的寛光譜響應(yīng)特性，有助于提高水下激光照明下的iccd成像距離。

附圖說明

圖1本發(fā)明水下多波段半導(dǎo)體激光探測/照明裝置構(gòu)成框圖；

圖2本發(fā)明水下多波段半導(dǎo)體激光探測/照明裝置環(huán)套結(jié)構(gòu)與原水下照明燈配合示意圖。

具體實施方式

本發(fā)明的水下多波段激光探測/照明裝置是一種采用在水下透射系數(shù)最高的480-532nm藍(lán)綠光半導(dǎo)體激光器組，用于配合iccd被動成像的主動探測/照明光源及成像探測/照明裝置。圖1給出了本發(fā)明水下多波段激光探測/照明裝置構(gòu)成框圖，圖2給出了本發(fā)明水下多波段激光探測/照明裝置的激光器組布局結(jié)構(gòu)示意圖。

下面結(jié)合附圖對水下多波段激光探測/照明裝置做詳細(xì)描述。

多波段半導(dǎo)體激光水下探測/照明裝置，它是按下述方案實現(xiàn)的，它包括多波段半導(dǎo)體激光器組1、發(fā)射光學(xué)系統(tǒng)2、iccd光電探測器3、激光探測器4、接收光學(xué)系統(tǒng)5、系統(tǒng)控制器6、信號/圖像顯示器7。

工作過程如下：多波段半導(dǎo)體激光器組1由發(fā)射波段在480-532nm范圍內(nèi)的多支半導(dǎo)體激光器組成，主要波長包括488nm、514nm、520nm、525nm等；多波段半導(dǎo)體激光器組1可通過改變對半導(dǎo)體激光器的泵浦電流方式，實現(xiàn)準(zhǔn)連續(xù)或脈沖方式工作，激光照明時，多采用準(zhǔn)連續(xù)工作方式；激光探測時，多采用脈沖工作方式；不同波長的半導(dǎo)體激光器的最大輸出平均功率不同，大體分布在幾十毫瓦-瓦級；在系統(tǒng)控制器6的控制下，可根據(jù)不同工作水域的水質(zhì)情況、目標(biāo)對不同波長的反射特性，及水下探測/照明應(yīng)用的距離要求，選擇多波段半導(dǎo)體激光器組1中的激光輸出波長、不同波長激光器的輸出功率，及脈沖工作時的重復(fù)頻率。

多波段半導(dǎo)體激光器組1與發(fā)射光學(xué)系統(tǒng)2的耦合方式，可根據(jù)承載平臺的特點，采取圓形、矩形或環(huán)狀排布方式。其中，圓形排布適用于收發(fā)合一的光學(xué)系統(tǒng)，iccd光電探測器3被放置在光學(xué)發(fā)射/接收系統(tǒng)中心，多波段半導(dǎo)體激光器組1中的多支激光器均勻或非均勻地布設(shè)在iccd光電探測器3的周邊，每支半導(dǎo)體激光器類似于一個小發(fā)射燈泡，經(jīng)各自對應(yīng)的小拋物面反射鏡將激光束準(zhǔn)直發(fā)射出去，整體架構(gòu)類似于手電筒；矩形排布更適用于收發(fā)獨立的光學(xué)系統(tǒng)，多波段半導(dǎo)體激光器組1中的多支激光器按正方形，如2×2、3×3，----，或長方形，如2×3、3×5，----等，所有半導(dǎo)體激光器被集成到一塊基板上，采用熱電制冷方式確保整體尺寸幾厘米的半導(dǎo)體激光矩陣可長時間穩(wěn)定工作，半導(dǎo)體激光器陣列和與之配套的發(fā)射光學(xué)系統(tǒng)2共同組成一個獨立的發(fā)射單元；環(huán)狀排布則可為一可加裝在led或鹵素照明燈光學(xué)鏡筒外的環(huán)套，多波段半導(dǎo)體激光器組1中的多支激光器通過與各自對應(yīng)的光纖耦合器8與傳導(dǎo)光纖9相連，利用傳導(dǎo)光纖9將各路激光束傳遞到環(huán)套上；若將傳導(dǎo)光纖9的輸出端加工成一種會聚透鏡的形狀，可通過壓縮激光發(fā)散角，提高激光探測/照明的作用距離。類似的多波段半導(dǎo)體激光器組環(huán)套也可與現(xiàn)有532nm固體激光器的輸出光纖光纜并束組合，使寬波段低功率半導(dǎo)體激光與單波長大能量固體激光兩類探測/照明源聯(lián)合使用，相互取長補短。

光學(xué)發(fā)射系統(tǒng)2為一寬波段接收系統(tǒng)，收集被半導(dǎo)體激光照射目標(biāo)的激光散射回波，并將其聚焦到激光探測器4上，為提高激光探測的靈敏度，在激光探測器4前加裝一個特定波長的窄帶濾光片，其透射波長可選擇多波段半導(dǎo)體激光器組1中的任意一支。激光探測器4將光電轉(zhuǎn)換信號送至系統(tǒng)控制器6，以準(zhǔn)確獲取脈沖激光的發(fā)射時間，據(jù)此精確控制iccd光電探測器3的成像幀頻與脈沖激光的發(fā)射時間同步，通過距離選通措施，降低水下背景的干擾。系統(tǒng)控制器6一方面對iccd探測器3接收到的目標(biāo)圖像實施圖像增強處理，另一方面對多波段半導(dǎo)體激光器組1的工作狀態(tài)、輸出功率、重復(fù)頻率與發(fā)射時間等實施控制。信號/圖象顯示器7用于顯示、記錄或傳送在激光照明下的iccd光電探測器3所獲得的水下目標(biāo)圖像。