CN102176020A - 基于液晶产生混沌的激光测距装置 - Google Patents

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梁君生
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Abstract

一种基于液晶产生混沌的激光测距装置是利用反馈、驱动扰动以及光注入方法对液晶调制，使任意一种激光器发出的光入射到液晶中都能产生宽带混沌激光，再经激光准直系统和分束镜将混沌激光分为探测光和参考光，探测光照射待测目标，并将散射回的混沌探测光与混沌参考光进行相关比较，用互相关法测量混沌探测光的往返时间，计算出待测距离。本发明解决了现有混沌激光测距都要破坏激光器本身稳定性的问题，而且激光器输出特性保持不变，液晶调制模块可控性强，从而实现产生的混沌信号更加稳定。

Description

基于液晶产生混沌的激光测距装置
技术领域
本发明涉及一种激光测距装置，特别是一种利用液晶使任意一种激光器都能产生混沌激光信号，实现激光测距的装置，可应用于工农业生产、军事、通信以及遥感等领域。
背景技术
为解决脉冲激光测距的测量精度依赖脉冲宽度以及连续光调制测距的测量距离较小等问题，人们提出了利用混沌激光进行测距的方法。混沌激光测距由于具有测量精度高，抗干扰能力强等方面的优势目前被人们广泛研究及应用。
在先技术[1](参见Lin F Y，Liu J M.Chaotic lidar.IEEE Journal of Selected Topics in Quantum Electronics，10(5)：991-997，2004.)其混沌产生装置是利用注入的方法，由主半导体激光器注入到从激光器中来产生混沌激光信号；
在先技术[2](基于半导体激光器的混沌激光测距方法及装置ZL200610012624.0)其产生混沌信号的测距装置是利用调节外部反馈光强度来产生混沌光信号；
在先技术[3](LD抽运固体激光器混沌激光测距的装置及方法ZL200610012625.5)其混沌激光测距装置特点是混沌固体激光器是半导体激光器抽运激光晶体构成，利用外光反馈来产生混沌激光。
上述在先技术[1][2][3]中，共同特点是产生的混沌信号都是通过调制激光器本身来实现的，而通过光注入或光反馈都是破坏原激光器的稳定状态而产生混沌激光，都会使原来激光的波长发生变化，光谱展宽，激光器工作不稳定易损坏。因此产生的混沌激光的信号不稳定，可控性差从而影响测量精度以及测量的稳定性。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于液晶产生混沌的激光测距装置，以解决现有技术中混沌激光的产生破坏了激光器本身的波长输出特性，工作稳定性以及产生的混沌激光信号的不稳定性等问题。
本发明提供的基于液晶产生混沌的激光测距装置，其包含有激光器、可调滤波片、液晶调制模块、分束镜、准直与发射系统、待测目标、接收系统、光电探测器I、A/D转换器I、光电探测器II、A/D转换器II、可调电延迟线和计算机，其结构特征在于激光器发出的光经过可调滤波片入射到液晶调制模块，其中：
所述的液晶调制模块是激光器发出的光入射到液晶由光电探测器将光信号转为电信号并经过放大延迟系统对电信号进行放大与延迟处理，信号经过模数转换后输入微型计算机中对反馈延迟时间进行监控分析，再经过数模转换后调制液晶驱动电路；
或者是激光器发出的光直接照射到液晶上，并设置有液晶驱动源扰动信号，使液晶分子产生混乱随机的排列，导致经过液晶的光为混沌光。
在上述技术方案中，其液晶调制模块还可以是激光器发出的光入射到偏振片I照射到液晶上经过偏振片II发射出，由光电探测器将光信号转为电信号并经过放大延迟系统对电信号进行放大与延迟处理，信号经过模数转换后输入微型计算机中对反馈延迟时间进行监控分析，再经过数模转换后调制液晶驱动电路。
在上述技术方案中，其激光器发出的光还可以直接照射到偏振片I，经过液晶由偏振片II输出，并设置有液晶驱动源扰动信号，使液晶分子产生混乱随机的排列，导致经过液晶的光为混沌光。
本发明提出的基于液晶产生混沌的激光测距装置，与现有技术相比，利用反馈，驱动扰动以及光注入的方法对液晶进行调制，使液晶分子产生再定位扰动，使任意一种激光器发出的光入射到液晶中都能产生宽带的混沌激光，从而解决了目前混沌激光测距都要破坏激光器本身稳定性的问题，而且激光器的输出特性保持不变，液晶调制模块可控性强，从而实现产生的混沌信号更加稳定，而且便于控制。
附图说明
图1是本发明的基于液晶产生混沌的激光测距装置结构示意图；
图2是本发明的液晶调制模块实施方案的反馈调制结构示意图；
图3是本发明的液晶调制模块实施方案的驱动调制结构示意图
图4是本发明的加偏振改进的反馈调制结构示意图
图5是本发明的加偏振改进的驱动调制结构示意图
图1中：1：激光器；2：可调滤波片；3：液晶调制模块；4：分束镜；5：准直与发射系统；6：待测目标；7：接收系统；8：光电探测器I；9：A/D转换器I；10：光电探测器II；11：A/D转换器II；12：可调电延迟线；13：计算机。
图2中：14：液晶；15：光电探测器；16：放大延迟系统；17：A/D转换器I；18：微型计算机；19：A/D转换器II。
图3中：20：驱动扰动源。
图4中：21：偏振片I；22：偏振片II。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式作出进一步的详细说明：
具体实施方式1
如图1所示，本发明提供的一种基于液晶产生混沌的激光测距装置，其包含有激光器1、可调滤波片2、液晶调制模块3、分束镜4、准直与发射系统5、待测目标6、接收系统7、光电探测器I8、A/D转换器I9、光电探测器II10、A/D转换器II11以及可调电延迟线和计算机12，其中：
所述的激光器1在本实施例中为He-Ne激光器1，其发射的激光入射到液晶调制模块3产生宽带混沌激光。
本发明输出的混沌激光，由分束镜4将激光分为探测光I和参考关II。探测光I经过准直发射系统5照射到待测目标6上，经过待测目标6反射的回波信号由接收系统7收集，再由高灵敏光电探测器I8转化为电信号，经过A/D转换器I 9将模拟信号转换成数字信号后，将数据信息输入到计算机13。参考光II，由分束镜4后直接照射到与探测器I 8相同的探测器II 10上，将光信号转换为电信号，再激光A/D转换器II11输入到可调电延迟线12上最后输入到计算机13，计算机13将探测信号与参考信号进行互相关运算。因为两路信号的差别是空间传播时间和强度的差别，所以在进行互相关运算时，互相关曲线会在某一时刻t存在唯一的延迟峰值。通过计算机软件处理可以获得探测光经过待测目标反射的往返时间t0，从而获得待测距离。可调延迟线12的主要作用是用于标定和校准仪器，以消除实际应用中光电探测器I 8和光电探测器II 10参数差异及探测光与参考光之间线路差所带来的误差。通过将探测光I照射到一个已知的标准距离为L的物体上，将返回来的探测光I和参考关II信号分别经过A/D转换进入计算机进行互相关处理。条件可调延迟线12的延迟时间使互相关曲线的峰值出现在t0(通常取t0＝0)时刻，保持延迟时间不变，再将探测光照射到待测目标6上时，获得的相关曲线的峰值出现在t1处，则探测光经过待测目标6反射的往返时间Td＝t1-t0+2L/c。再根据D＝c·Td/2，得到待测距离。
图2与图3是本发明的液晶调制模块的两种可选实施方案。
在图2中，激光器1发出的光入射到液晶14上，由光电探测器15将光信号转为电信号并经过放大延迟系统16对电信号进行放大与延迟处理，信号经过A/D转换器I 17模数转换后输入微型计算机18中对反馈延迟时间进行监控分析进而对产生的混沌光信号进行控制使其稳定，最后再经过A/D转换器II19数模转换后调制液晶驱动电路，整个过程是利用反馈的方法使液晶分子发生再定位扰动从而很容易使入射到液晶的光变成混沌光而没有破坏激光器本身的稳定性另外对液晶的监控分析实现了对混沌光信号的稳定性控制。
在图3中，直接在液晶驱动源20上加载随机电的起伏扰动信号使液晶分子产生混乱随机的排列从而使激光器发的光入射到液晶14中很容易变成混沌光，其中对电的起伏扰动控制就实现了对液晶分子随机排列的控制从而控制输出的混沌光信号。
本发明在实施上述一种基于液晶产生混沌的激光测距装置的同时，为了进一步阐述其本发明所述的激光测距装置的发明思想，下面进一步详细说明本发明激光测距装置的激光测距方法：
用于本发明液晶产生混沌的激光测距装置的测距方法是利用液晶产生的混沌激光信号，通过分束镜将混沌激光信号分为探测光I和参考光II；探测光I经过准直与发射系统照射到待测目标上，被待测目标反射回来的回波信号，通过接收系统收集并经过光电探测器I转换成电信号，再由A/D转换器I将模拟信号转换成数字信号输入计算机；参考光II直接照射到光电探测器II，由A/D转换器II进行模数转换之后，经过一个可调电延迟线输入计算机；利用计算机软件对参考光II和探测光I进行互相关运算，测出探测光在自由空间的往返时间Td，计算出待测距离。
具体实施方式2
按照上述具体实施方式1所述的液晶产生混沌的激光测距装置及其激光测距方法，其具体实施方式时，还可以在液晶调制模块(3)中反馈调制的液晶(14)的前后设置偏振片I(21)和偏振片II(22)，偏振片I(21)用来选择激光器的偏振状态，偏振片II(22)选择混沌光的输出状态，这样设置可以更好的控制混沌光的偏振状态，增加了对混沌光的控制从而使混沌信号更加稳定减少测量干扰提高测量精度及其准确性。
具体实施方式3
按照上述具体实施方式1所述的液晶产生混沌的激光测距装置及其激光测距方法，其具体实施方式时，同样也可以在驱动调制的液晶(14)的前后设置偏振片I(21)和偏振片II(22)，其中偏振片I(21)用来选择激光器的偏振状态，偏振片II(22)选择混沌光的输出状态，这样设置可以更好的控制混沌光的偏振状态，增加了对混沌光的控制，从而使混沌信号更加稳定，进一步减少测量干扰以及提高测量精度及其准确性。

Claims (3)

1.一种基于液晶产生混沌的激光测距装置，其含有激光器(1)、可调滤波片(2)、分束镜(4)、准直与发射系统(5)、待测目标(6)、接收系统(7)、光电探测器I(8)、A/D转换器I(9)、光电探测器II(10)、A/D转换器II(11)、可调电延迟线(12)和计算机(13)，其特征在于：
激光器(1)发出的光经过可调滤波片(2)入射到液晶调制模块(3)，其中：
所述的液晶调制模块(3)是激光器发出的光入射到液晶(14)由光电探测器(15)将光信号转为电信号并经过放大延迟系统(16)对电信号进行放大与延迟处理，信号经A/D转换器I(17)转换后，输入微型计算机(18)中，对反馈延迟时间进行监控分析，再经A/D转换器II(19)转换后调制液晶驱动电路；
或者是激光器(1)发出的光直接照射到液晶(14)上，后设置有液晶驱动源(20)扰动信号，使液晶分子产生混乱随机排列，导致经过液晶(14)的光为混沌光。
2.如权利要求1所述的基于液晶产生混沌的激光测距装置，其液晶调制模块(3)是激光器(1)发出的光入射到偏振片I(21)照射到液晶(14)上经过偏振片II(22)发射出，由光电探测器(15)将光信号转为电信号并经过放大延迟系统(16)对电信号进行放大与延迟处理，信号经过A/D转换器I(17)转换后输入微型计算机(18)中对反馈延迟时间进行监控分析，再经过A/D转换器II(19)转换后调制液晶驱动电路。
3.如权利要求1所述的基于液晶产生混沌的激光测距装置，其激光器发出的光直接照射到偏振片I(21)，经过液晶(14)由偏振片II(22)输出，并设置有驱动扰动源(20)扰动信号，使液晶分子产生混乱随机排列，导致经过液晶(14)的光为混沌光。
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