CN102706320A

CN102706320A - 一种减少激光测距系统中背景光辐射的方法

Info

Publication number: CN102706320A
Application number: CN2012100741832A
Authority: CN
Inventors: 胡凯; 倪旭翔
Original assignee: Zhejiang University ZJU
Current assignee: Zhejiang University ZJU
Priority date: 2012-03-20
Filing date: 2012-03-20
Publication date: 2012-10-03

Abstract

本发明公开了一种减少激光测距系统中背景光辐射的方法，该方法在激光接收系统中的滤光片与光电接收器件之间加入一个色散元件和孔径光阑；色散元件能够将通过窄带滤光片后的复合光进一步色散为不同空间分布的各波长的单色光，孔径光阑能选择特定方向的光束，进一步进行回波波长的选择，获得更窄线宽的回波信号，从而达到减少探测器背景光干扰的目的；本发明的方法对系统滤光片要求低，可以获得线宽非常窄的回波信号，具有滤波效果好、结构简单的特点。

Description

一种减少激光测距系统中背景光辐射的方法

技术领域

本发明涉及激光测距技术领域，尤其涉及一种减少激光测距系统中背景光辐射的方法。

背景技术

为了增大激光测距系统中探测器的灵敏度，提高系统的信噪比，往往需要在激光测距的接收系统中加入窄带滤波片来减少背景光的噪声干扰。用于激光测距系统中的窄带滤光片主要是基于多层膜反射干涉原理而工作的，即所谓的干涉式窄带滤光片。

目前，我国从事窄带滤光片研究和生产的单位很多，北京某研究所研制出的峰值波长为1064nm的窄带干涉滤光片，中心波长透过率T≥70%,带宽可以做成12、15、20、28nm；深圳某光电有限公司研制的峰值波长为670nm的窄带滤光片，峰值透过率T>80%；沈阳某公司研制的中心波长为632.8nm的窄带滤光片，带宽为10nm，峰值透过率为50%，中心波长为1064nm的窄带滤光片，带宽为10nm，透过率为45%；北京某光学薄膜公司研制的中心波长为650nm的窄带滤光片，带宽为20nm，透过率为80%，中心波长为1064nm的窄带滤光片，带宽为20nm，透过率为80%；成都某研究所研制的中心波长为675nm的窄带滤光片，带宽为8nm，透过率为40%。

但是，这些窄带滤光片应用于激光测距系统中，普遍存在以下几点问题：

1、激光测距常用的YAG固体激光器，激光中心波长为1060nm，在常温下，光谱线宽为0.73nm，该线宽远远小于现有的窄带滤光片的线宽。故窄带滤光片对于固体激光器几乎没有什么滤波效果。

2、窄带滤光片的带宽不能做得太窄，当滤光片带宽太窄时，由于中心

波长漂移将使激光信号的透过率大大下降，甚至完全不透过，所以为了保证峰值透过率大于70%，窄带滤光片的带宽保持在20nm左右。

3、窄带滤光片受空气湿度影响很大。全介质窄带滤光片暴露于空气后，很快出现宏观上的吸水现象，待膜层吸水达到稳定后，测量滤光片的透射率就会发现，不仅峰值波长移向长波，而且峰值波长的折射率也有所增加。在镀膜层数为23层，SiO₂的聚集密度为0.94时，中心波长的漂移可以达到9.46nm。

4、窄带滤光片的光学特性对温度变化比较敏感。对于具有正温度系数的材料，当温度变化很小时，随温度的上升，最主要的影响是波峰向长波方向移动；当温度变化较大时，通常滤光片的湿气会释放出来，有可能引起波峰向短波方向移动。

发明内容

为了克服滤光片本身存在的问题，本发明的目的在于提供一种减少激光测距系统中背景光辐射的方法。

本发明解决其技术问题所采取的技术方案是：在激光测距系统的接收系统中，于窄带滤光片和探测器之间加入一块色散元件，通过色散元件将接收到的带有背景光信息的复合光色散为各波长的单色光。同时，通过调节放置于接收探测器之前的孔径光阑的位置和角度，使探测器接收到激光波长的单色光。本发明所阐述的方法不仅减少了系统中背景光的干扰，提高了探测器接收信噪比，而且还降低了系统对于窄带滤光片的要求，甚至可以去除窄带滤光片。

本发明的有益效果是：本发明仅在原有的接收系统中加入色散元件和孔径光阑，不改变原有的系统结构；按照本方法加入色散元件后，系统对于窄带滤波片的要求可大大降低，节省成本；色散元件的分辨率很高，而且它受制作工艺限制较小，同等工艺下，能获得比镀膜元件更高的分辨率，往往能够达到1nm以下的线宽，滤波效果好。

附图说明

图1是未加色散元件的使用光电倍增管的激光接收系统；

图2是在滤光片和光电倍增管之间加入色散元件的结构示意图。

图3是在滤光片和光电倍增管之间加入分光棱镜的结构示意图；

图中，物镜1、视场光阑2、目镜3、窄带滤光片4、光电倍增管5、前置放大器6、距离计数器7、透射光栅8、孔径光阑9、分光棱镜10。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明做进一步的说明。

实施例1

如图1所示：该系统为使用光电倍增管为接收器件的激光测距接收系统。其中包括物镜1，视场光阑2，目镜3，窄带滤光片4，光电倍增管5，前置放大器6，距离计数器7。光电倍增管作为接收器件具有增益大，对后置放大器要求低，可通过调节电压来达到最佳信噪比等优点，但是它也有突出的缺点，就是量子效率在红外波段急剧下降，要求入射光斑较大且强度均匀。故在图1的系统中，在目镜3和光电倍增管5之间加入了窄带滤光片4。但是由于窄带滤光片镀膜制造工艺的限制，其并不能完全滤除背景光，大概仍有10-20nm的带宽。

实施例2：

根据本发明提出的方法，色散元件以透射光栅为例，提出了如图2的系统结构，即在实施例1的窄带滤光片4和光电倍增管5之间加入了透射光栅8和孔径光阑9。经过滤光片后的复合光被透射光栅色散成不同级次的单色光，假设我们所需的激光波长是零级条纹，那么我们只要在光电倍增管5之前放置孔径光阑9，调节孔径光阑9的位置和角度，刚好使零级条纹能够通过进入光电倍增管5。这样我们就达到了滤除背景光影响的目的。

该实施例与实施例1相比，不仅减少了系统中背景光的干扰，提高了探测器接收信噪比，而且还降低了系统对于窄带滤光片的要求，甚至可以去除窄带滤光片。

实施例3：

色散元件以分光棱镜为例，提出了如图3的系统结构，即在实施例1的窄带滤光片4和光电倍增管5之间加入了分光棱镜10和孔径光阑9。经过滤光片后的复合光被分光棱镜分成不同方向的单色光。我们只要在激光波长的出射方向放置孔径光阑9，调节好角度，就可以使光电倍增管5获得激光波长的单色光。这样我们就达到滤除背景光影响的目的。

该实施例与实施例1相比，同样不仅减少了系统中背景光的干扰，提高了探测器接收信噪比，而且还降低了系统对于窄带滤光片的要求，甚至可以去除窄带滤光片。

Claims

1.一种减少激光测距系统中背景光辐射的方法，其特征在于，该方法为：将色散元件和孔径光阑依次放置于滤光片和光电探测器之间，带有背景光的回波信号通过滤光片后经过色散元件色散为空间不同方向的各波长的单色光，再由孔径光阑滤除背景光，从而获得单色的激光信号。

2.根据权利1所述的减少激光测距系统中背景光辐射的方法，其特征在于：所述色散元件是指能将复合光分为不同空间分布单色光的光学元件，包括光栅、棱镜等。

3.根据权利1所述的减少激光测距系统中背景光辐射的方法，其特征在于：所述色散元件位置、角度能够调节。

4.根据权利1所述的减少激光测距系统中背景光辐射的方法，其特征在于：孔径光阑位置、角度能够调节，以获取激光工作波长。