CN102353964A - 调幅激光锁相转发方法与装置 - Google Patents

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谭久彬
胡鹏程
刁晓飞
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Abstract

调幅激光锁相转发方法与装置属于激光应用技术领域；本发明将外部输入调幅激光和本地激光器输出的调幅光经光电转化和功率放大后分别输入到锁相放大器，锁相放大器的输出用来调制本地激光器的光强，经过锁相放大器对本地激光器的控制和调整，使本地激光器输出光与输入激光的调制频率相同且相位差固定，实现对外部输入调幅激光的锁相转发；本发明还提供了一种调幅激光锁相转发装置；本方法测距准确性高、适用范围广，装置结构简单合理，使用可靠。

Description

调幅激光锁相转发方法与装置
技术领域
本发明属于激光应用技术领域，特别是涉及一种调幅激光锁相转发方法与装置。
背景技术
激光测距是集光学、激光、光电子及集成电子等多种技术为一体的综合性技术，广泛应用于军事、航天、机器人视觉、工业自动生产线等领域。目前常用的激光测距方法有脉冲法和相位法。
脉冲法测距测量范围广，可达几公里，但测量精度低，精度一般为0.1～1m。。
相位法可以获得毫米甚至更高的测距精度，且配合合作目标测程可达几公里至几十公里，因此更多的应用于远程高精度测量。相位法激光测距是通过测量经过强度正弦调制的发射激光束和经目标反射的返回激光束间的相位差来实现距离测量的。现有的相位法激光测距普遍采用了在被测目标端设置合作目标的反射式测量方案，但是该测量方案的回光信号强度的衰减形式为被测距离的四次方衰减函数，回光信号衰减很快，导致信噪比下降，从而限制了测程的提高。
为了解决上述反射式测量方案的缺点，哈尔滨工业大学提出了有源协作式相位激光测距方法与装置(专利号：ZL200810137082)，该方法在目标端增加了激光器，用于光信号强度的放大，从而大大增加了测距距离，但其主要缺点为目标端在接收光信号到发射光信号这一过程中会引入相位差，并且在外界环境影响下该相位差会实时变化，从而引入测量误差导致测距结果不准确。
发明内容
针对上述有源协作式相位测距方法中目标端引入不确定相位差的缺点，本发明提供一种调幅激光锁相转发方法与装置，该方法可以将本地激光器的输出调幅光与外部输入调幅激光进行锁定，达到使输入激光与输出激光的调制频率相同且相位差固定，保证测距结果准确性的目的。
本发明的技术解决方案是：
一种调幅激光锁相转发方法，该方法包括以下步骤：
(1)外部输入调幅激光经光电转化和功率放大后转换为电信号E1；
(2)本地激光器的输出调幅光被分光器分为两束，其中一束作为输出光发射出去，另一束经光电转化和功率放大后转换为电信号E2；
(3)将两电信号E1、E2均输入到锁相放大器，锁相放大器的输出信号反过来用于调制本地激光器的光强；锁相放大器根据电信号E1和E2的相位差对输出信号进行调节，完成对本地激光器调制信号的控制，实现本地激光器对外部输入调幅激光的锁定，使两束光的调制频率相同且相位差固定，最终实现对外部输入调幅激光的锁相转发。
本地激光器的输出调幅光与外部输入调幅激光的相位差是零相位差或非零相位差。
一种用于调幅激光锁相转发方法的调幅激光锁相转发装置，该装置包括依次配置的汇聚透镜A、光电探测器A、功率放大器A、激光强度调制单元、激光器，外部输入调幅激光经汇聚透镜A汇聚到光电探测器A上，光电探测器A的输出进入功率放大器A，激光强度调制单元直接与激光器相连，该装置还包括锁相放大器、分光器、汇聚透镜B、光电探测器B和功率放大器B，所述的锁相放大器的输入端和输出端分别于功率放大器A和激光强度调制单元连接，分光器位于激光器后侧且相互连通，在分光器侧部依次连通汇聚透镜B和光电探测器B，光电探测器B的输出端通过功率放大器B与锁相放大器的输入端连接。
本发明具有以下特点及良好效果：
(1)本发明装置采用锁相放大器实现了本地激光器的输出调幅光对外部输入调幅激光的跟踪，使输入激光与输出激光的调制频率相同且相位差固定，因此该方法既实现了对输入激光功率的放大，同时也保持了其相位准确性。
(2)由于本发明装置只对输入激光光强调制信号进行锁相放大，所以本装置可以采用与输入激光波长不同的激光器进行转发，从而实现载波激光波长的变换。
(3)由于本地激光器的发射方向是可以改变的，所以还可以实现激光信号的传输方向任意改变。
附图说明
图1是现有技术的有源协作式相位激光测距方法中目标端的调制激光转发原理示意图；
图2是调幅激光锁相转发方法原理示意图；
图3是调幅激光锁相转发装置结构示意图。
图中，1光电探测器A、2功率放大器A、3激光强度调制单元、4激光器、5分光器、6光电探测器B、7功率放大器B、8锁相放大器、9汇聚透镜A、10汇聚透镜B。
具体实施方式
下面结合附图对本发明实施例进行详细描述。
一种调幅激光锁相转发方法，该方法包括以下步骤：
(1)外部输入调幅激光经光电转化和功率放大后转换为电信号E1；
(2)本地激光器的输出调幅光被分光器分为两束，其中一束作为输出光发射出去，另一束经光电转化和功率放大后转换为电信号E2；
(3)将两电信号E1、E2均输入到锁相放大器，锁相放大器的输出信号反过来用于调制本地激光器的光强；锁相放大器根据电信号E1和E2的相位差对输出信号进行调节，完成对本地激光器调制信号的控制，实现本地激光器对外部输入调幅激光的锁定，使两束光的调制频率相同且相位差固定，最终实现对外部输入调幅激光的锁相转发。
本地激光器的输出调幅光与外部输入调幅激光的相位差是零相位差或非零相位差。
一种用于调幅激光锁相转发方法的调幅激光锁相转发装置，该装置包括依次配置的汇聚透镜A9、光电探测器A1、功率放大器A2、激光强度调制单元3、激光器4，外部输入调幅激光经汇聚透镜A9汇聚到光电探测器A1上，光电探测器A1的输出进入功率放大器A2，激光强度调制单元3直接与激光器4相连，该装置还包括锁相放大器8、分光器5、汇聚透镜B10、光电探测器B6和功率放大器B7，所述的锁相放大器8的输入端和输出端分别于功率放大器A2和激光强度调制单元3连接，分光器5位于激光器4后侧且相互连通，在分光器5侧部依次连通汇聚透镜B10和光电探测器B6，光电探测器B6的输出端通过功率放大器B7与锁相放大器8的输入端连接。
工作过程是：外部输入调幅激光经汇聚透镜A9汇聚到焦点处光电探测器A1的光敏面上，外部输入调幅激光的调制频率为f1，光电探测器A1将输入调幅激光的光强转化为电信号，记为E1，该电信号经功率放大器A2放大后送入到锁相放大器8的一个输入端；本地激光器4输出的调幅光被分光器5分为两束，投射光束作为输出光发射出去，反射光束经汇聚透镜B10汇聚到焦点处光电探测器B6的光敏面上，光电探测器B6将反射光束的光强转化为电信号，记为E2，该电信号经功率放大器B7放大后送入到锁相放大器8的另一个输入端；锁相放大器8的输出信号E3通过激光强度调制单元3对激光器4的输出光强进行调制；锁相放大器8、电信号E1和E2构成了一个锁相环路，该锁相环路根据电信号E1和E2的相位差或者频差大小对锁相放大器8的输出信号E3控制，从而实现对激光器4输出光调制信号的控制，最终使激光器4的输出调幅光与外部输入调幅激光的调制频率相同且相位差固定，从而实现对外部输入调幅激光的锁相转发。

Claims (3)

1.一种调幅激光锁相转发方法，该方法包括以下步骤：
(1)外部输入调幅激光经光电转化和功率放大后转换为电信号E1；
(2)本地激光器的输出调幅光被分光器分为两束，其中一束作为输出光发射出去，另一束经光电转化和功率放大后转换为电信号E2；
其特征在于：
(3)将两电信号E1、E2均输入到锁相放大器，锁相放大器的输出信号反过来用于调制本地激光器的光强；锁相放大器根据电信号E1和E2的相位差对输出信号进行调节，完成对本地激光器调制信号的控制，实现本地激光器对外部输入调幅激光的锁定，使两束光的调制频率相同且相位差固定，最终实现对外部输入调幅激光的锁相转发。
2.根据权利要求1所述的调幅激光锁相转发方法，其特征在于本地激光器的输出调幅光与外部输入调幅激光的相位差是零相位差或非零相位差。
3.一种用于权利要求1所述调幅激光锁相转发方法的调幅激光锁相转发装置，该装置包括依次配置的汇聚透镜A(9)、光电探测器A(1)、功率放大器A(2)、激光强度调制单元(3)、激光器(4)，外部输入调幅激光经汇聚透镜A(9)汇聚到光电探测器A(1)上，光电探测器A(1)的输出进入功率放大器A(2)，激光强度调制单元(3)直接与激光器(4)相连，其特征在于该装置还包括锁相放大器(8)、分光器(5)、汇聚透镜B(10)、光电探测器B(6)和功率放大器B(7)，所述的锁相放大器(8)的输入端和输出端分别于功率放大器A(2)和激光强度调制单元(3)连接，分光器(5)位于激光器(4)后侧且相互连通，在分光器(5)侧部依次连通汇聚透镜B(10)和光电探测器B(6)，光电探测器B(6)的输出端通过功率放大器B(7)与锁相放大器(8)的输入端连接。
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