CN102914882A - 时分脉冲激光装置 - Google Patents

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周翠云
刘源
于真真
张鑫
侯霞
陈卫标
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Abstract

一种用于输出多路时分脉冲激光的时分脉冲激光装置，包括脉冲激光光源、光学寻址器与FPGA时序控制板，其特点是：所述的脉冲激光光源为主动调制的输出线偏振脉冲激光的激光器或激光放大器，所述的光学寻址器由多个电光晶体与多个双折射晶体依次间隔排列构成，所述的FPGA时序控制板的第一输出端与所述的脉冲激光光源的触发端相连，所述的FPGA时序控制板的多路输出电压分别施加在所述的光学寻址器的多个电光晶体的两端，并在FPGA时序控制板的控制下依设定程序对所述的光学寻址器的多个电光晶体施加电压信号，实现导通路径的切换。本发明装置输出的时分脉冲激光基本保持激光脉冲的单脉冲能量与峰值功率，可提高激光雷达的探测距离与精度。

Description

时分脉冲激光装置
技术领域
本发明涉及一种时分脉冲激光装置，特别是一种将脉冲激光器与光学寻址器结合，在不改变原有激光单脉冲能量的前提下获得多束固定重复频率脉冲激光的光学装置。
背景技术
激光雷达(Light Detection And Ranging,Lidar)作为一种主动遥感探测技术，在三维成像、对地观测和深空探测等领域得到广泛的应用。激光光源多采用具有高峰值功率、窄脉冲宽度等特性的脉冲激光器，依靠测量脉冲飞行时间来获取距离及空间分布等信息。传统激光雷达采用单路激光光源，通过光机机构进行扫描探测。随着激光探测技术尤其是多元阵列探测技术的发展，基于多光束发射系统非扫描的推帚型激光三维成像技术受到广泛关注。推帚式探测可以实现更宽的探测幅度，更远的探测距离，以及更快的扫描速度。多光束发射系统可通过光纤阵列将多个激光光束的输出排布成所需的图案。
实现多光束发射光源目前有以下几种方式:
1)同时搭载多台激光器；
2)采用脉冲激光种子源初步放大,通过分束器分为多路后作为新的种子源继续多路并行放大，得到多路激光；
3）将一台激光器输出的激光通过光栅等分光元件分为多路光束，分束后的激光重复频率保持不变，单脉冲能量及峰值功率降低。
方式1与方式2比较容易实现，但激光雷达的体积及功耗都相应增加。方式3采用单台激光器，有效地控制了体积与功耗，但分为多路激光后激光的单脉冲能量降低，脉冲的峰值功率同时降低，限制了激光雷达的探测距离与精度。
光学寻址器（又称光束偏移器）,由电光晶体与双折射晶体组成,通过施加在电光晶体上的电压信号来控制光束的传输路径。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术的不足，提供一种时分脉冲激光装置。该装置输出的时分脉冲激光基本保持激光脉冲的单脉冲能量与峰值功率，可提高激光雷达的探测距离与精度。
为实现上述目的，本发明的技术解决方案如下：
一种用于输出多路时分脉冲激光的时分脉冲激光装置，包括脉冲激光光源、光学寻址器和FPGA时序控制板，其特点是：所述的脉冲激光光源是主动调制的输出线偏振的脉冲激光的激光光源，所述的光学寻址器由多个电光晶体与多个双折射晶体依次间隔排列构成，所述的FPGA时序控制板的第一输出端与所述的脉冲激光光源的触发端相连，所述的FPGA时序控制板的其他多个电压输出端分别与所述的光学寻址器的多个电光晶体的正端相连，所述的FPGA时序控制板输出的触发信号和多个电压信号为同步信号，FPGA时序控制板依设定程序对所述的脉冲激光光源输出触发信号，使所述的脉冲激光光源输出线偏振的高重复率的脉冲激光，对所述的光学寻址器的多个电光晶体施加电压信号即半波电压Vπ，该半波电压的幅值为使入射电光晶体的线偏振光的偏振方向旋转90°角所对应的电压值，以实现导通脉冲激光路径的切换，输出多路时分脉冲激光。
所述的激光光源是激光器或激光放大器，包括电光调制或声光调制激光器,或电光调制种子源的激光放大器,或声光调制种子源的激光放大器,或种子源电脉冲驱动激光二级管获得的脉冲激光作为种子源的激光放大器。
所述的光学寻址器是由第一电光晶体、第一双折射晶体、第二电光晶体、第二双折射晶体、第三电光晶体与第三双折射晶体，……，第N电光晶体与第N双折射晶体依次相间构成的。
所述的电光晶体是固态电光晶体，或响应时间快具有偏振特性的液晶盒。
本发明与现有技术相比，具有以下优点：
1、本发明时分脉冲激光装置的脉冲激光光源采用单路激光光源，具有小型化，低功耗的优势。
2、本发明时分脉冲激光装置输出的多束激光之间的脉冲能量一致性高。
3、本发明时分脉冲激光装置虽然经多次分光后，输出的时分脉冲激光基本保持激光脉冲的单脉冲能量与峰值功率，仅仅是重复频率变低了可提高激光雷达的探测距离与精度。
附图说明
图1是本发明时分脉冲激光装置结构示意框图。
图2是本发明时分脉冲激光装置实施例的信号触发系统输出信号时序图（以3级分光为例说明）。
图3是本发明时分脉冲激光装置实施例的实施例2所采用的光学寻址器光路示意图（以3级分光为例说明）。
图4是本发明时分脉冲激光装置实施例的实施例3所采用的光学寻址器光路示意图（以3级分光为例说明）。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施方式对本发明做进一步的说明，但不应以此限制本发明的保护范围。
实施例1
先请参阅图1、图2和图3，图1是本发明时分脉冲激光装置实施例的总体示意框图（以3级分光为例说明）。图2是本发明时分脉冲激光装置实施例的信号触发系统输出信号时序图（以3级分光为例说明）。图3是本发明时分脉冲激光装置实施例的实施例2所采用的光学寻址器光路示意图（以3级分光为例说明）。
本实施例中，第一电光晶体、第二电光晶体与第三电光晶体为固态电光晶体。首先，FPGA时序控制板将激光触发信号施加于激光光源！上产生线偏振的脉冲激光，垂直入射到光学寻址器2中，激光的偏振方向与纸面垂直。FPGA时序控制板同时产生激光触发信号与电光晶体调制信号V1、V2与V3，其时序图如图2所示。第一电光晶体2011、第二电光晶体2021与第三电光晶体2031上施加的电压信号V1、V2与V3的值可以看作是一组二进制的编码，由“0”和“1”表示，“0”表示施加电压为0，“1”表示施加电压为Vπ。V1、V2与V3在激光触发信号产生时保持一个状态不变，当单个激光脉冲经过后再切换至下一个状态。三组电压值可以得到23个导通路径，按同一导通顺序依次循环。图3是本发明所采用的光学寻址器光路示意图，当电光晶体上施加电压为0时，激光偏振方向不变；当电光晶体上施加半波电压Vπ时，光束偏振方向旋转90°，“o”光变为“e”光（或“e”光变为“o”光），进入双折射晶体后，“o”光沿直线传播，“e”光沿走离角方向偏离原光路传播。3级分光后，得到8路激光光束。分光后的激光的单脉冲能量不变，重复频率是最初激光光源脉冲重复频率的1/8,这样就实现了由单路脉冲激光向多路低重复频率脉冲激光的转换。
实施例2
先请参阅图1、图2和图4，图1是本发明时的总体示意框图，图2是本发明信号触发系统输出信号时序图，图4是本发明所采用的光学寻址器光路示意图。
本实施例与实施例1的区别在光学寻址器的第一电光晶体、第二电光晶、第三电光晶体采用液晶盒代替，工作原理与实施例1相同。与固态电光晶体相比，液晶具有以下优点：小体积的阵列集成，大的电光系数，较低的驱动电压。所以本实施例具有体积小，功耗低的特点。

Claims (4)

1.一种用于输出多路时分脉冲激光的时分脉冲激光装置，包括脉冲激光光源(1)、光学寻址器(2)和FPGA时序控制板(3)，其特征是：所述的脉冲激光光源(1)是主动调制的输出线偏振的脉冲激光的激光光源，所述的光学寻址器(2)由多个电光晶体与多个双折射晶体依次间隔排列构成，所述的FPGA时序控制板(3)的第一输出端与所述的脉冲激光光源(1)的触发端相连，所述的FPGA时序控制板(3)的其他多个电压输出端分别与所述的光学寻址器的多个电光晶体的正端相连，所述的FPGA时序控制板(3)输出的触发信号和多个电压信号为同步信号，FPGA时序控制板(3)依设定程序对所述的脉冲激光光源(1)输出触发信号，使所述的脉冲激光光源(1)输出线偏振的高重复率的脉冲激光，对所述的光学寻址器的多个电光晶体施加电压信号即半波电压Vπ，该半波电压的幅值为使入射电光晶体的线偏振光的偏振方向旋转90°角所对应的电压值，以实现导通脉冲激光路径的切换，输出多路时分脉冲激光。
2.根据权利要求1所述的时分脉冲激光装置，其特征在于所述的激光光源(1)是激光器或激光放大器，包括电光调制或声光调制激光器,或电光调制种子源的激光放大器,或声光调制种子源的激光放大器,或种子源电脉冲驱动激光二级管获得的脉冲激光作为种子源的激光放大器。
3.根据权利要求1所述的时分脉冲激光装置，其特征在于所述的光学寻址器(2)是由第一电光晶体、第一双折射晶体，第二电光晶体、第二双折射晶体，第三电光晶体与第三双折射晶体，……，第N电光晶体与第N双折射晶体依次相间构成的。
4.根据权利要求1所述的时分脉冲激光装置，其特征在于所述的电光晶体是固态电光晶体，或响应时间快具有偏振特性的液晶盒。
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