CN105527705B - 两次反射激光扫描角度触发装置 - Google Patents
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Abstract
一种两次反射激光扫描角度触发装置，包括了激光光源、光收发结构、偏振分束器、二分之一玻片、光路反射镜、激光扫描振镜、反射镜组、光电探测器和模拟除法器。本发明以高速激光扫描振镜为基础，在每次触发过程中，反射镜组两次反射激光，能够实现高速高精度的激光扫描角度触发，并且在扫描振镜扫描的一个周期内可以生成多个激光扫描角度触发脉冲，具有很大的灵活性和实用性，具有广泛的应用前景。
Description
技术领域
本发明涉及一种激光扫描角度触发装置，利用反射镜组两次反射激光，以实现高精度的角度触发，利用反射镜组中的多块反射镜，以生成多个激光扫描角度触发脉冲。
背景技术
高速高精度激光扫描角度触发是深空探测、卫星激光通信、激光成像雷达等技术领域中的关键技术(参见[1]李安虎，孙建锋，刘立人.星间激光通信光束微弧度跟瞄性能检测装置的设计原理[J].光学学报，2006,26(7)：975～979.[2]李安虎，刘立人，孙建锋.大口径精密激光光束扫描装置[J].机械工程学报，2009,45(1)：200～204.)。随着军用电子技术的发展，激光在现代和未来战争中的应用越来越普遍，精确测定入射激光的方向在现代战争中具有很高的应用价值(参见[3]吴海波，程玉宝，张创新.激光方位探测技术的分析[J].中国电子科学研究院学报，2010,5(2):159～164.)。实现高速高精度激光扫描角度触发需要对微小扫描角度具有很快的响应速度。在旋转机械的控制中，对于角位置精密定位和测量已有比较成熟的方法，在角位置的测量中经常采用圆感应同步器或者光学轴角编码器作为角位置传感器，配以相应的处理电路及显示输出接口，可以得到很高的测角精度，但由于这些测角设备的体积、重量和功耗都比较大，从而限制了他们的运用(参见[4]张伯珩，边川平，李露瑶等.光电位置传感器在转角精密定位中的应用[J].光子学报，2001,30(4)：505～507.)。通过精确识别接收光斑的位置能够精确计算激光照射方位，并根据成像理论进一步计算激光入射角度，光束的角度偏移信息从而转换为光电探测器平面上的光斑偏移量，这种由识别接收光斑位置推算出光束角度偏移信息的技术主要有CCD成像探测技术、四象限探测技术等。(参见[5]陈云亮，于思源，马晶等.一种新型的卫星光通信高速跟瞄探测装置[J].光电子·激光，2005,16(5)：596～600.[6]吴海波，程玉宝，张创新.激光方位探测技术的分析[J].中国电子科学研究院学报，2010,5(2)：159～164.[7]高紫俊，董丽丽，孟丽艳等.四象限探测器高精度定位算法研究[J].光电子·激光，2013,24(12)：2314～2321.)。先前技术(周煜，激光光束扫描角度触发装置，公开号：CN105137595A)中描述了一种激光光束扫描角度触发装置，但该装置在每次扫描角度触发过程中，反射镜组仅反射激光一次，光收发结构接收的扫描角度触发光信号偏转角仅为激光扫描振镜扫描角的4倍，激光扫描角度触发精度不够高，并且在激光扫描振镜扫描的一个周期内只能生成两个或四个激光光束扫描角度触发脉冲，在应用的过程中具有一定的局限性。
发明内容
本发明的目的在于提出一种两次反射激光扫描角度触发装置，以高速激光扫描振镜为基础，在每次触发过程中，反射镜组两次反射激光，能够实现高速高精度的激光扫描角度触发，并且在扫描振镜扫描的一个周期内可以生成多个激光扫描角度触发脉冲，具有很大的灵活性和实用性，并且结构简单不需要复杂的后续处理算法，具有广泛的应用前景。
本发明的技术解决方案如下：
一种激光扫描角度触发装置，其特点在于其构成包括了激光光源、光收发结构、偏振分束器、二分之一玻片、光路反射镜、激光扫描振镜、反射镜组、光电探测器和模拟除法器。所述的激光光源输出激光，经光收发结构后分为两路，一路作为激光功率参考信号，由所述的光收发结构输出到光电探测器上转换为电信号，输入到所述的模拟除法器上；另一路经过光收发结构出射到偏振分束器上，透过偏振分束器的水平偏振光经四分之一玻片后变成圆偏振光出射到激光扫描振镜上，当该反射激光与反射镜组的反射面垂直时，反射镜组将反射激光原路返回，透过四分之一玻片变成垂直偏振光，经偏振分束器反射到光路反射镜上，经光路反射镜反射回偏振分束器，由偏振分束器反射，透过四分之一玻片变成圆偏振光出射到所述的激光扫描振镜上，该反射激光与反射镜组的反射面垂直，反射镜组将反射激光原路返回，透过四分之一玻片变成水平偏振光，经偏振分束器透射，由光收发结构输出扫描角度触发光信号到光电探测器转换为扫描角度触发脉冲电信号，模拟除法器将光电探测器上输出的两路电信号进行除法运算，消除激光光源输出功率波动的影响，输出稳定的激光扫描角度触发脉冲电信号。
所述的偏振分束器透过水平偏振光，反射垂直偏振光。
所述的光路反射镜的反射面与偏振分束器出射垂直偏振光的端面平行。
所述的四分之一玻片的快轴与偏振分束器的光轴夹角为45°或135°。
所述的反射镜组由第一反射镜M1、第二反射镜M2、……、第n-1反射镜Mn-1和第n反射镜Mn组成，n大于等于1；上述部件的位置关系如下：第一反射镜M1与第二反射镜M2的夹角为β1，……，第n-1反射镜与第n反射镜的夹角为βn-1；α1、α2、……、αn-1与αn为设定的触发角度，当激光扫描振镜扫描到与第一反射镜M1反射面的夹角为α1时，激光扫描振镜反射的激光垂直第一反射镜M1反射面，第一反射镜M1原路返回激光；当激光扫描振镜继续扫描一个角度γ1时，激光扫描振镜与第二反射镜M2反射面的夹角为α2，激光扫描振镜反射的激光垂直第二反射镜M2反射面，第二反射镜M2原路返回激光；激光扫描振镜继续扫描，当从第n-1反射镜Mn-1继续扫描一个角度γn-1时，激光扫描振镜与第n反射镜Mn反射面的夹角为αn，激光扫描振镜反射的激光垂直第n反射镜Mn反射面，第n反射镜Mn原路返回激光；其中，设定的触发角度αn的取值范围为0°到90°之间，激光扫描振镜扫描的角度之和γ1+γ2+……+γn-1的取值范围由激光扫描振镜的扫描能力决定，应在激光扫描振镜最大扫描角的范围内；其中，αn、αn-1、γn-1与βn-1之间的角度关系为：
αn-αn-1+γn-1+βn-1＝180°
本发明具有如下特点：
1、本发明所述的光路反射镜的反射面与偏振分束器的出射面相平行，在每次触发过程中，可以将偏振分束器输出的激光返回到偏振分束器上，以实现激光在反射镜组上2次反射，激光在激光扫描振镜上4次反射。
2、所述的四分之一玻片的快轴与偏振分束器的光轴夹角为45°或135°，四分之一玻片将经偏振分束器透射和反射的偏振光变为圆偏振光，让激光在反射镜组上2次反射，激光在激光扫描振镜上4次反射。
3、本发明所述的光电探测器将光收发结构接收的角度触发信号和激光器功率参考信号转换为电信号，输出到模拟除法器中进行除法运算，可以大大降低激光光源输出激光功率波动对扫描角度触发脉冲信号的影响，并且模拟除法器相对于数字除法器来说不需要复杂的算法实现，响应速度快，结构更为简单。
本发明的技术效果：
1、本发明所述的反射镜组在一次触发过程中两次反射激光至激光扫描振镜，激光扫描振镜反射激光4次，光收发结构接收的扫描角度触发光信号偏转角为激光扫描振镜扫描角的8倍，可以实现高精度的扫描角度触发。
2、本发明所述的反射镜组由多块反射镜共同组成，可以在激光光束扫描一个周期内生成多个扫描角度触发脉冲信号，具有很大的灵活性。
3、本发明所述的光电探测器将光收发结构接收的角度触发信号和激光器功率参考信号转换为电信号，输出到模拟除法器中进行除法运算，最终输出稳定的激光扫描角度触发电信号。
附图说明
图1为本发明两次反射激光扫描角度触发装置的结构图。
图2为本发明两次反射激光扫描角度触发装置中反射镜组的结构图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进一步详细说明，但不应以此限制本发明的保护范围。
先参阅图1，图1是本发明两次反射激光扫描角度触发装置的结构图。由图1可见，本发明两次反射激光扫描角度触发装置，其构成包括：激光光源11、光收发结构12、偏振分束器13、二分之一玻片14、光路反射镜15、激光扫描振镜16、反射镜组17、光电探测器18和模拟除法器19。上述部件位置关系如下：
所述的激光光源11的输出端21与所述的光收发结构12的输入端相连，该光收发结构12的第一输出端22与所述的光电探测器18的第一输入端相连，该光电探测器18的第一输出端25与所述的模拟除法器19的第一输入端相连；所述的光收发结构12的第二输出端24与所述的光电探测器18的第二输入端相连，该光电探测器18的第二输出端26与所述的模拟除法器19的第二输入端相连；
所述的激光光源11通过输出端21输出激光，经所述的光收发结构12后分为两路，一路作为激光功率参考信号，由所述的光收发结构12的第一输出端22输出到光电探测器18上转换为电信号，输入到所述的模拟除法器19的第一输入端25；另一路经过光收发结构12的端口23出射到所述的偏振分束器13上，透过偏振分束器13的水平偏振光经四分之一玻片14后变成圆偏振光出射到所述的激光扫描振镜16上，并被该激光扫描振镜16反射，当该反射激光与反射镜组17的反射面垂直时，反射镜组17将反射激光原路返回，经激光扫描振镜16入射到四分之一玻片14，并透过四分之一玻片14变成垂直偏振光，经偏振分束器13反射到光路反射镜15上，经光路反射镜15反射回偏振分束器13，再由偏振分束器13反射后透过四分之一玻片14变成圆偏振光出射到所述的激光扫描振镜16上，并再次被该激光扫描振镜16反射，当该反射激光与反射镜组17的反射面垂直时，反射镜组17将反射激光原路返回，经激光扫描振镜16入射到四分之一玻片14，并透过四分之一玻片14变成水平偏振光，经偏振分束器13透射至光收发结构12的端口23，由光收发结构12的第二输出端24输出扫描角度触发光信号到光电探测器18转换为扫描角度触发脉冲电信号，射入所述的模拟除法器19的第二输入端26；所述的模拟除法器19分别将第一输入端25和第二输入端26输入的电信号进行处理后，输出稳定的激光扫描角度触发脉冲电信号。
所述的偏振分束器13透过水平偏振光，反射垂直偏振光。
所述的光路反射镜15的反射面与偏振分束器13出射垂直偏振光的端面平行。
所述的四分之一玻片14的快轴与偏振分束器13的光轴夹角为45°或135°，四分之一玻片14的快轴与偏振分束器13的光轴夹角为45°时，水平偏振光透过四分之一玻片14变为左旋偏振光，左旋偏振光反射回来后经过四分之一玻片14玻片变为垂直偏振光经过偏振分束器13反射，垂直偏振光透过四分之一玻片14变为右旋偏振光，右旋偏振光反射回来后经过四分之一玻片14玻片变为水平偏振光透过偏振分束器13；四分之一玻片14的快轴与偏振分束器13的光轴夹角为135°时，水平偏振光透过四分之一玻片14变为右旋偏振光，右旋偏振光反射回来后经过四分之一玻片14玻片变为垂直偏振光经过偏振分束器13反射，垂直偏振光透过四分之一玻片14变为左旋偏振光，左旋偏振光反射回来后经过四分之一玻片14玻片变为水平偏振光透过偏振分束器13。
如图2所示，反射镜组17由第一反射镜M1、第二反射镜M2、……、第n-1反射镜Mn-1和第n反射镜Mn组成，n大于等于1；上述部件的位置关系如下：第一反射镜M1与第二反射镜M2的夹角为β1，……，第n-1反射镜与第n反射镜的夹角为βn-1；α1、α2、……、αn-1与αn为设定的触发角度，当激光扫描振镜16扫描到与第一反射镜M1反射面的夹角为α1时，激光扫描振镜16反射的激光垂直第一反射镜M1反射面，第一反射镜M1原路返回激光；当激光扫描振镜16继续扫描一个角度γ1时，激光扫描振镜16与第二反射镜M2反射面的夹角为α2，激光扫描振镜16反射的激光垂直第二反射镜M2反射面，第二反射镜M2原路返回激光；激光扫描振镜继续扫描，当从第n-1反射镜Mn-1继续扫描一个角度γn-1时，激光扫描振镜16与第n反射镜Mn反射面的夹角为αn，激光扫描振镜16反射的激光垂直第n反射镜Mn反射面，第n反射镜Mn原路返回激光；其中，设定的触发角度αn的取值范围为0°到90°之间，激光扫描振镜16扫描的角度之和γ1+γ2+……+γn-1的取值范围由激光扫描振镜16的扫描能力决定，应在激光扫描振镜16最大扫描角的范围内；其中，αn、αn-1、γn-1与βn-1之间的角度关系为：
αn-αn-1+γn-1+βn-1＝180°
所述的光收发结构12的发射光与接收光的夹角为光收发结构12接收光的偏转角。该装置每次触发过程中，反射镜组17两次反射激光，激光扫描振镜16反射激光4次，通过几何光学可以推算出，光收发结构12接收光的偏转角为激光扫描振镜16扫描角的8倍，激光扫描振镜16的一个微小扫描角度可以输出一个窄触发脉冲，从而实现很高的触发精度。
Claims (5)
1.一种两次反射激光扫描角度触发装置，特征在于其构成包括激光光源(11)、光收发结构(12)、偏振分束器(13)、二分之一玻片(14)、光路反射镜(15)、激光扫描振镜(16)、反射镜组(17)、光电探测器(18)和模拟除法器(19)，上述部件位置关系如下：
所述的激光光源(11)的输出端(21)与所述的光收发结构(12)的输入端相连，该光收发结构(12)的第一输出端(22)与所述的光电探测器(18)的第一输入端相连，该光电探测器(18)的第一输出端(25)与所述的模拟除法器(19)的第一输入端相连；所述的光收发结构(12)的第二输出端(24)与所述的光电探测器(18)的第二输入端相连，该光电探测器(18)的第二输出端(26)与所述的模拟除法器(19)的第二输入端相连；
所述的反射镜组(17)包括：第一反射镜M1、第二反射镜M2、……、第n-1反射镜Mn-1和第n反射镜Mn，n大于等于1；第一反射镜M1与第二反射镜M2的夹角为β1，……，第n-1反射镜与第n反射镜的夹角为βn-1；α1、α2、……、αn-1与αn为设定的触发角度；
所述的激光光源(11)通过输出端(21)输出激光，经所述的光收发结构(12)后分为两路，一路作为激光功率参考信号，由所述的光收发结构(12)的第一输出端(22)输出到光电探测器(18)上转换为电信号，输入到所述的模拟除法器(19)的第一输入端(25)；另一路经过光收发结构(12)的端口(23)出射到所述的偏振分束器(13)上，透过偏振分束器(13)的水平偏振光经四分之一玻片(14)后变成圆偏振光出射到所述的激光扫描振镜(16)上，并被该激光扫描振镜(16)反射；当激光扫描振镜(16)扫描到与反射镜组(17)的第一反射镜M1反射面的夹角为α1时，激光扫描振镜(16)反射的激光垂直第一反射镜M1反射面，第一反射镜M1原路返回激光，经激光扫描振镜(16)入射到四分之一玻片(14)，并透过四分之一玻片(14)变成垂直偏振光，经偏振分束器(13)反射到光路反射镜(15)上，经光路反射镜(15)反射回偏振分束器(13)，再由偏振分束器(13)反射后透过四分之一玻片(14)变成圆偏振光出射到所述的激光扫描振镜(16)上，并再次被该激光扫描振镜(16)反射，由于该反射激光与反射镜组(17)的第一反射镜M1反射面垂直，反射镜组(17)将反射激光原路返回，经激光扫描振镜(16)入射到四分之一玻片(14)，并透过四分之一玻片(14)变成水平偏振光，经偏振分束器(13)透射至光收发结构(12)的端口(23)，由光收发结构(12)的第二输出端(24)输出扫描角度触发光信号到光电探测器(18)转换为扫描角度触发脉冲电信号，射入所述的模拟除法器(19)的第二输入端(26)；所述的模拟除法器(19)分别将第一输入端(25)和第二输入端(26)输入的电信号进行处理后，输出稳定的激光扫描角度触发脉冲电信号；
同样地，当激光扫描振镜(16)继续扫描一个角度γ1时，激光扫描振镜(16)与反射镜组(17)的第二反射镜M2反射面的夹角为α2，激光扫描振镜(16)反射的激光垂直第二反射镜M2反射面，第二反射镜M2原路返回激光，依次经过四分之一玻片(14)、偏振分束器(13)、光路反射镜(15)、光收发结构(12)、光电探测器(18)和模拟除法器(19)后，输出稳定的激光扫描角度触发脉冲电信号；当激光扫描振镜(16)继续扫描，当从反射镜组(17)的第n-1反射镜Mn-1继续扫描一个角度γn-1时，激光扫描振镜(16)与反射镜组(17)的第n反射镜Mn反射面的夹角为αn，激光扫描振镜(16)反射的激光垂直第n反射镜Mn反射面，第n反射镜Mn原路返回激光，依次经过四分之一玻片(14)、偏振分束器(13)、光路反射镜(15)、光收发结构(12)、光电探测器(18)和模拟除法器(19)后，输出稳定的激光扫描角度触发脉冲电信号；
其中，设定的触发角度αn的取值范围为0°到90°之间，激光扫描振镜(16)扫描的角度之和γ1+γ2+……+γn-1的取值范围由激光扫描振镜(16)的扫描能力决定，在激光扫描振镜(16)最大扫描角的范围内；其中，αn、αn-1、γn-1与βn-1之间的角度关系为：
αn-αn-1+γn-1+βn-1＝180°。
2.根据权利要求1所述的两次反射激光扫描角度触发装置，其特征在于所述的光路反射镜(15)的反射面与偏振分束器(13)出射垂直偏振光的端面平行。
3.根据权利要求1所述的两次反射激光扫描角度触发装置，其特征在于所述的偏振分束器(13)透过水平偏振光，反射垂直偏振光。
4.根据权利要求1所述的两次反射激光扫描角度触发装置，其特征在于所述的四分之一玻片(14)的快轴与偏振分束器(13)的光轴夹角为45°或135°。
5.根据权利要求1所述的两次反射激光扫描角度触发装置，其特征在于所述的模拟除法器(19)将第二输入端(26)输入的电信号除以第一输入端(25)输入的的电信号，输出角度触发脉冲电信号。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |