CN107436437A - 基于可调谐液晶变折射率的激光主动探测装置 - Google Patents

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Abstract

基于可调谐液晶变折射率的激光主动探测装置涉及光电探测技术领域，该装置包括：激光器；将所述激光器发出的光束形成准直光的准直透镜组；改变自身的折射率，使所述准直光聚焦位置沿光轴往复改变的可调谐液晶变折射率元件；将所述准直光扩束的扩束透镜组；控制所述可调谐液晶变折射率元件折射率的液晶单元控制器；所述激光器、准直透镜组、可调谐液晶变折射率元件和扩束透镜组依次同光轴设置。本发明实现了光焦度的周期性震荡调谐，并具有很高的扫描频率，能够实现对目标空间域内的被探测系统焦面的快速、高效扫描，实现“猫眼效应”匹配，极大提高被探测系统的探测概率。

Description

基于可调谐液晶变折射率的激光主动探测装置
技术领域
本发明涉及光电探测技术领域，具体涉及一种基于可调谐液晶变折射率的激光主动探测装置。
背景技术
利用敌方光电探测系统的“猫眼效应”可以有效发现、摧毁或致盲敌方光电系统。基于目前“猫眼探测”的研究来看，影响敌方光电探测系统的探测概率的主要因素是激光主动探测系统的主动光源是否能够在被探测系统的焦面或分划板处聚焦，我们称之为主动探测系统对被探测系统的离焦。当主动探测激光束与被探测系统焦面离焦产生后，其由“猫眼效应”产生的反射能量将成指数形式衰减，这将影响主动探测系统中接收子系统的回波接收效率，从而影响激光主动探测系统的整体探测效率。
从实际工程应用出发，由于主动探测系统的主动探测波长通常采用近红外激光光源，波长单一。但被探测系统的设计光谱范围非常广泛，这就意味着主动探测激光光源必然产生与被探测系统的色差存在，所以上述的主动光束与被探测系统的离焦几乎是必然存在的，这是导致目前激光主动探测系统探测距离降低的主要原因。
发明内容
为了解决现有技术中存在的问题，本发明提供了一种基于可调谐液晶变折射率的激光主动探测装置，与传统激光主动探测装置相比，其特点在于在激光主动发射系统光路中加入了可调谐的变折射率液晶组件。
本发明解决技术问题所采用的技术方案如下：
基于可调谐液晶变折射率的激光主动探测装置，该装置包括：
激光器；
将所述激光器发出的光束形成准直光的准直透镜组；
改变自身的折射率，使所述准直光聚焦位置沿光轴往复改变的可调谐液晶变折射率元件；
将所述准直光扩束的扩束透镜组；
控制所述可调谐液晶变折射率元件折射率的液晶单元控制器；
所述激光器、准直透镜组、可调谐液晶变折射率元件和扩束透镜组依次同光轴设置。
当由激光器发射的主动探测激光束经由准直透镜组准直，通过可调谐液晶变折射率元件和扩束透镜组后，经过大气传输入射到被探测系统中后，由于液晶单元控制器控制可调谐液晶变折射率元件上的加载电压，进而控制可调谐液晶变折射率元件的折射率做周期性变化，从而导致通过扩束透镜组出射主动激光束做从发散和会聚的周期变化，使得其在被探测系统内部焦平面附近的焦斑做沿光轴方向往复运动，从而实现主动激光探测光束焦点对被探测系统焦面的扫描，形成被探测系统反射能量峰值出现，增加主动探测系统的探测概率。
本发明的有益效果是：本发明实现了主动探测系统光焦度的周期性震荡调谐，并具有很高的震荡频率。由于光焦度周期性调谐所产生的探测光束快速周期性发散、会聚，能够实现对目标空间域内的被探测系统光学焦面的快速、高效扫描，实现“猫眼效应”最佳匹配条件，提高被探测系统的回波能量密度，从而提高被探测系统的瞬时探测概率。
附图说明
图1本发明基于可调谐液晶变折射率的激光主动探测装置结构示意图。
图2本发明可调谐液晶变折射率元件结构示意图。
图中：1、激光器，2、准直透镜组，3、可调谐液晶变折射率元件，31、导电玻璃，32、ITO薄膜，33、隔垫物，34、孔，35、液晶材料，4、扩束透镜组，5、液晶单元控制器。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明做进一步详细说明。
如图1所示，基于可调谐液晶变折射率的激光主动探测装置，该装置包括：激光器1、准直透镜组2、可调谐液晶变折射率元件3、扩束透镜组4和液晶单元控制器5；所述激光器1发出的光束通过准直透镜组2形成准直光后，再经过可调谐液晶变折射率元件3，通过改变可调谐液晶变折射率元件3自身的折射率，使通过可调谐液晶变折射率元件3的主动探测光束具有与可调谐液晶变折射率元件3同频率变化的发散会聚调谐特性，最后通过扩束透镜组4进行发射扩束。扩束透镜组4包括：凹透镜和凸透镜。液晶单元控制器5控制所述可调谐液晶变折射率元件3的折射率；其中激光器1、准直透镜组2、可调谐液晶变折射率元件3和扩束透镜组4从左到右依次同光轴设置。
可调谐液晶变折射率元件3的位置可调，可以位于激光器1和准直透镜组2之间，位于所述扩束透镜组4之间，或位于扩束透镜组4后。以上四个位置都可以实现聚焦位置沿光轴往复改变，对效果不产生任何的不良影响。
如图2所示，可调谐液晶变折射率元件3由两块表面镀有氧化铟锡ITO薄膜32的导电玻璃31、液晶材料35和隔垫物33组成；其中一块镀有ITO薄膜32的导电玻璃31表面刻蚀直径为5mm左右的孔34；将镀有ITO薄膜32面相对设置，把液晶材料35置于所述两块导电玻璃31之间，形成可调谐液晶变折射率元件。为了防止液晶材料的泄露，玻璃的两端设置隔垫物33。
可调谐液晶变折射率元件3为电压控制液晶元件，其折射率可随输入电压产生非线性变化。在电场的作用下，液晶材料35中的液晶微粒会向电场方向转动，使液晶折射率发生改变。因为被探测系统一般为可见光系统，与近红外主动探测波长实现色差匹配跨度不大，因此液晶材料35的折射率微弱的改变就会达到很好的效果，所以给液晶材料35所加的电压范围不需要很大。
液晶单元控制器5满足小电压范围对液晶进行供电的要求，液晶单元控制器5包括用于编程的MCU单片机，将数字信号转化为模拟信号的DAL芯片和电流电压放大器。将0-20v变化的正弦信号编程在MCU单片机中，通过DAL芯片转化为模拟信号，经过电流电压放大器实现0-20v的交流供电。“+”“-”输出端与镀有ITO薄膜32的导电玻璃31相连。液晶元件上没有电压时与平行平板等效，加上电压后具有透镜的性质从而具有一定的光焦度。
本发明装置的工作流程如下：当由激光器1发射的主动探测激光束通过可调谐液晶变折射率元件3及其他光学元件后，经过大气传输入射到被探测系统中后，由于液晶单元控制器5控制可调谐液晶变折射率元件3上的加载电压，进而控制可调谐液晶变折射率元件3的折射率做周期性变化，从而导致通过扩束透镜组4出射主动激光束做从发散和会聚的周期变化，使得其在被探测系统内部焦平面附近的焦斑做沿光轴方向往复运动，从而实现主动激光探测光束焦点对被探测系统焦面的扫描。同时接收系统会接收到不同能量的回波能量信息。“猫眼效应”条件匹配效果好(回波能量高)的回波图像会被计算机设定的识别程序判断出来，从而选取到主动探测匹配效果最好的回波信息。

Claims (5)

1.基于可调谐液晶变折射率的激光主动探测装置，其特征在于，该装置包括：
激光器；
将所述激光器发出的光束形成准直光的准直透镜组；
改变自身的折射率，使所述准直光聚焦位置沿光轴往复改变的可调谐液晶变折射率元件；
将所述准直光扩束的扩束透镜组；
控制所述可调谐液晶变折射率元件折射率的液晶单元控制器；
所述激光器、准直透镜组、可调谐液晶变折射率元件和扩束透镜组依次同光轴设置；
当由激光器发射的主动探测激光束经由准直透镜组准直，通过可调谐液晶变折射率元件和扩束透镜组后，经过大气传输入射到被探测系统中后，由于液晶单元控制器控制可调谐液晶变折射率元件上的加载电压，进而控制可调谐液晶变折射率元件的折射率做周期性变化，从而导致通过扩束透镜组出射主动激光束做从发散和会聚的周期变化，使得其在被探测系统内部焦平面附近的焦斑做沿光轴方向往复运动，从而实现主动激光探测光束焦点对被探测系统焦面的扫描，形成被探测系统反射能量峰值出现，增加主动探测系统的探测概率。
2.根据权利要求1所述的基于可调谐液晶变折射率的激光主动探测装置，其特征在于，所述扩束透镜组包括：凹透镜和凸透镜。
3.根据权利要求1所述的基于可调谐液晶变折射率的激光主动探测装置，其特征在于，所述可调谐液晶变折射率元件位于激光器和准直透镜组之间，位于所述扩束透镜组之间，或位于扩束透镜组后。
4.根据权利要求1、2或3所述的基于可调谐液晶变折射率的激光主动探测装置，其特征在于，所述可调谐液晶变折射率元件由两块表面镀有氧化铟锡薄膜的导电玻璃、液晶材料和隔垫物组成；其中一块镀有氧化铟锡薄膜的导电玻璃表面制作孔；将镀有氧化铟锡薄膜面相对设置，把液晶材料置于所述两块导电玻璃之间，两端设置隔垫物，防止液晶材料泄露。
5.根据权利要求4所述的基于可调谐液晶变折射率的激光主动探测装置，其特征在于，所述液晶单元控制器包括：MCU单片机、DAL芯片和电流电压放大器；将变化的正弦信号编程在MCU单片机中，通过DAL芯片转化为模拟信号，经过电流电压放大器实现交流供电，“+”“-”输出端与镀有氧化铟锡薄膜的导电玻璃相连。
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