CN103293678B - 基于超连续谱光源的均匀激光照明装置 - Google Patents

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Abstract

本发明属于光学成像领域，涉及一种基于超连续谱光源的均匀激光照明装置，包括超连续谱光源、色散器件、凹抛物面镜、中继光路透镜组和离轴反射透镜组；采用连续或脉冲激光器输出的激光光源入射到非线性光子晶体光纤上得到超连续谱光束，再入射到色散器件进行波长分束，然后经过凹抛物面镜得到互相平行输出的多波长多路光束，再依次通过中继光路透镜组和离轴反射透镜组后输出。本发明由所述超连续谱光源同时提供多波长的激光照明，克服了单台激光器照明不均匀的缺点，以及常规多光束照明系统波长单一、均匀性减小不明显的缺点，同时装置结构简单，克服了常规多光束均匀照明装置中需要复杂合束系统的缺点。

Description

基于超连续谱光源的均匀激光照明装置
技术领域
本发明涉及一种利用超连续谱光源实现均匀激光照明装置，属于光学成像领域。
背景技术
相比被动式成像系统，主动激光照明成像系统通过主动发射激光来照明大气环境中一定距离处的目标，通过将目标整体照亮提高其回波亮度和成像清晰度，使得成像系统能全天候探测和识别目标。理想条件下，到达目标处的照明激光光强度分布均匀，成像系统中目标的回波图像轮廓清晰、稳定；实际情况下，由于大气湍流随机扰动以及激光高相干性的影响，到达目标处的照明激光往往呈散斑状分布且分布形态随时间发生变化，导致成像系统中目标回波图像边界模糊、明暗闪烁。
照明不均匀性严重影响目标的识别和跟踪。目前主要采用多光束、快速扫描、部分相干光源和图像事后处理等方式来消除目标上的散斑，提高照明均匀性。1998年，C.Higgs和H.T.Barday采用多光束替代单光束的技术来提高照明均匀性[Charles Higgs,Herbert T.Barclay,“Active tracking using multibeamillumination”,SPIE3381,160-167(1998)]）。由于多路非相干光束经过不同的大气路径，多束光的光强在目标上相互叠加，可以部分平滑湍流引起的强度起伏，增加了目标上的光强均匀性。这种装置由于要多光束聚焦到同一目标上，需要专门的机械结构和伺服控制系统，存在装置复杂、成本高的局限性。专利“一种激光补光的匀化方法及其激光照明装置”（申请号201110273507.0）中，采用了振动或转动的匀化装置，可以实现对图像中明暗条纹的消除以及图像中的激光散斑现象。由于要求光学器件的振动或转动周期要小于等于成像系统的电子快门时间，这种方法对器件性能及控制精度要求较高，对于拍摄帧频要求较高的成像系统而言实现困难；2002年，中国工程物理研究院开展了部分相干光源用于照明的研究[万敏，张卫，向汝建，杨锐,“激光空间相干性对照明均匀性的影响”，强激光与粒子束，14(1)，2002]，得出了空间相干性较差的部分相干光源对照明均匀性更加有益的结论，但这种技术对增强照明均匀性的作用有限。2002年，David Dayton等人研究了利用图像事后处理算法来消除大气湍流所导致的目标上光强散斑[David Dayton,Steve Browne,John Gonglewski.Long-range laserilluminated imaging:analysis and experimental demonstration[J].Opt Eng,0(6),1001-1009(2001)]。由于图像后处理需要基于采集数据进行复杂运算，计算耗时使得采用该方法的系统实时性难以提高。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，利用色散器件将一台超连续谱光源分离成多路光束，多路光束经过不同大气路径，可以较好地平滑湍流引起的强度起伏；同时多路光束的波长各不相同，可以减小大气湍流的影响，综合这两种平滑湍流方法的优势，可以大大增强目标上的光斑均匀性。
本发明采用的技术方案是：
一种基于超连续谱光源的均匀激光照明装置，包括超连续谱光源、色散器件、凹抛物面镜、中继光路透镜组和离轴反射透镜组；所述超连续谱光源发射多波长的超连续谱光束，入射到用于对所述超连续谱光束进行波长分束的色散器件；分束后的超连续谱光束经过所述凹抛物面镜后得到互相平行的多波长激光光束，再依次通过中继光路透镜组和离轴反射透镜组后输出；所述色散器件与所述凹抛物面镜的参数对应以实现将所述超连续谱光束分离成互相平行输出的多光束；所述中继光路透镜组包括若干个反射镜，用于调整激光光束的方向以实现与所述离轴反射透镜组的对接；所述离轴反射透镜组至少包括扩束镜和聚焦镜，分别用于扩束和聚焦激光光束。
优选地，所述超连续谱光源包括激光器和非线性光子晶体光纤，所述激光器产生的激光入射到所述非线性光子晶体光纤上得到所述多波长的超连续谱光束。
优选地，所述超连续谱光束的波长范围为400～1700nm。
优选地，所述激光器为连续激光器或脉冲激光器。
优选地，所述色散器件为二维反射光栅或色散棱镜。
优选地，所述离轴反射透镜组还包括若干个用于调整光束的反射镜。
优选地，所述反射镜的基底材料采用无氧铜或钼，镜膜采用铝反射膜。
优选地，所述反射镜对可见光至近红外波段的超连续谱光束的反射率大于95%。
本发明具有以下优点：
（1）由所述超连续谱光源同时提供多波长的激光照明，克服了单台激光器照明不均匀的缺点。
（2）由所述超连续谱光源同时提供多波长多光束的激光照明，克服了常规多光束照明系统的波长单一、均匀性减小不明显的缺点。
（3）由所述基于超连续谱光源的均匀照明装置，利用色散器件得到多路光束，然后聚焦发射至同一目标上，装置结构简单，克服了常规多光束均匀照明装置中需要复杂合束系统的缺点。
附图说明
图1为本发明实施例的结构示意图。
图中各标记如下：1为脉冲激光器、2为非线性光子晶体光纤、3为二维反射光栅、4为凹抛物面镜，5，6，7，8分别为平面反射镜，9为凸双曲面镜，10为凹抛物面镜。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做进一步说明，但本发明并不局限于以下实施例。
如图1所示，本发明提供的基于超连续谱光源的均匀激光照明装置，脉冲激光器1输出的激光光源入射到非线性光子晶体光纤2上，得到了波长范围为400～1700nm的超连续谱光束；该超连续谱光束入射至二维反射光栅3进行波长分束，将不同波长的光束将分离；分束后的光束经过凹抛物面镜4得到互相平行输出的多波长多路光束；二维反射光栅3和凹抛物面镜4的参数应当对应，使得将超连续谱光束分离成互相平行输出的多光束；多波长多路光束再依次经过反射镜5、6组成的中继光路透镜组，反射镜5、6可以调整多路光束整体的方位和俯仰，以便和离轴发射透镜组对接；离轴发射透镜组由反射镜7、8和凸抛物面镜9、凹抛物面镜10组成，其中反射镜7、8用于调整光束，凸抛物面镜9、凹抛物面镜10分别用于扩束和调焦，离轴发射透镜组将多波长多路光束经过不同大气路径后聚焦发射至目标上。
本发明所述均匀照明的激光照明装置中脉冲激光器也可为连续激光器；所述二维反射光栅还可以为色散棱镜。
离轴发射透镜组能对发射光束无遮拦的传输，能够保证发射效率，减小传输能量损耗。各反射镜的基底材料采用无氧铜或钼，镜膜采用铝反射膜设计，反射镜对可见光到近红外波段的超连续谱光源反射率均在95%以上。
以上仅为本发明的具体实施方式举例，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种基于超连续谱光源的均匀激光照明装置，其特征在于：包括超连续谱光源、色散器件、凹抛物面镜、中继光路透镜组和离轴反射透镜组；所述超连续谱光源发射多波长的超连续谱光束，入射到用于对所述超连续谱光束进行波长分束的色散器件；分束后的超连续谱光束经过所述凹抛物面镜后得到互相平行的多波长激光光束，再依次通过中继光路透镜组和离轴反射透镜组后输出；所述色散器件与所述凹抛物面镜的参数对应以实现将所述超连续谱光束分离成互相平行输出的多光束；所述中继光路透镜组包括若干个反射镜，用于调整照射用激光光束的方向以实现与所述离轴反射透镜组的对接；所述离轴反射透镜组至少包括扩束镜和聚焦镜，分别用于扩束和聚焦激光光束。
2.根据权利要求1所述的基于超连续谱光源的均匀激光照明装置，其特征在于：所述超连续谱光源包括激光器和非线性光子晶体光纤，所述激光器产生的激光入射到所述非线性光子晶体光纤上得到所述多波长的超连续谱光束。
3.根据权利要求2所述的基于超连续谱光源的均匀激光照明装置，其特征在于：所述超连续谱光束的波长范围为400～1700nm。
4.根据权利要求2所述的基于超连续谱光源的均匀激光照明装置，其特征在于：所述激光器为连续激光器或脉冲激光器。
5.根据权利要求1至4之一所述的基于超连续谱光源的均匀激光照明装置，其特征在于：所述色散器件为二维反射光栅或色散棱镜。
6.根据权利要求1所述的基于超连续谱光源的均匀激光照明装置，其特征在于：所述离轴反射透镜组还包括若干个用于调整光束的反射镜。
7.根据权利要求1或6所述的基于超连续谱光源的均匀激光照明装置，其特征在于：所述反射镜的基底材料采用无氧铜或钼，镜膜采用铝反射膜。
8.根据权利要求1或6所述的基于超连续谱光源的均匀激光照明装置，其特征在于：所述反射镜对可见光至近红外波段的超连续谱光束的反射率大于95%。
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