CN109813529A - 用于激光光电探测系统的光学参数检测装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种用于激光光电探测系统的光学参数检测装置，该光学参数检测装置包括：辐射光源组件、匀光组件、限光光阑组件、准直光学组件和双光楔组件，匀光组件用于对辐射光源组件发出的激光进行匀化以使得匀化后的激光的特性服从朗伯辐射特性，限光光阑组件用于对匀化后的激光进行限光以使得具有设定角度的激光透过限光光阑组件，准直光学组件用于对限光后的激光进行准直以将激光准直成平行光，双光楔组件用于高精度定向改变准直后的激光的传输方向角以输出具有特定光轴偏向角的平行光。应用本发明的技术方案，以解决现有技术中光学参数检测装置无法针对激光光电探测系统实施系统级别的激光多参数检测与测试的技术问题。

Description

用于激光光电探测系统的光学参数检测装置

技术领域

本发明涉及光学参数检测的技术领域，尤其涉及一种用于激光光电探测系统的光学参数检测装置。

背景技术

随着激光探测技术的发展，激光探测技术逐渐成为支撑自由空间遥感、通信、高能武器中不可或缺的信息获取的手段，激光光电探测系统尤其在激光主动制导、激光雷达、激光遥感、单兵激光作战武器系统辅助观瞄等设备中应用广泛。激光光电探测系统与单独激光探测器件的区别在于：激光光电探测系统包括激光接收光学镜头、激光光电信号转换器和电信号滤波放大电路，其能够实现对空间传输的激光的接收、采集、光-电信号转换和电信号处理。然而，对于现有的光学参数检测装置而言，其无法针对激光光电探测系统实施系统级别的激光多参数检测与测试。

发明内容

本发明提供了一种用于激光光电探测系统的光学参数检测装置，能够解决现有技术中光学参数检测装置无法针对激光光电探测系统实施系统级别的激光多参数检测与测试的技术问题。

本发明提供了一种测系统的光学参数检测装置，光学参数检测装置包括：辐射光源组件，辐射光源组件用于发出近红外波段激光；匀光组件，匀光组件用于对辐射光源组件发出的激光进行匀化以使得匀化后的激光的特性服从朗伯辐射特性；限光光阑组件，限光光阑组件用于对匀化后的激光进行限光以使得具有设定角度的激光透过限光光阑组件；准直光学组件，准直光学组件用于对限光后的激光进行准直以将激光准直成平行光；双光楔组件，双光楔组件用于高精度定向改变准直后的激光的传输方向角以输出具有特定光轴偏向角的平行光。

进一步地，辐射光源组件包括驱动电路、半导体激光器和耦合输出光纤，驱动电路用于驱动控制半导体激光器以产生特定脉冲宽度、重复频率和辐射功率参数的激光，半导体激光器产生的激光通过耦合输出光纤进行传输。

进一步地，匀光组件包括标准光纤输入端口、激光功率监测探测器、匀光输出端口和积分球壳体，标准光纤输入端口、激光功率监测探测器和匀光输出端口固定设置在积分球壳体上，标准光纤输入端口用于接收耦合输出光纤传输的激光，激光功率监测探测器用于实时监测和控制激光的能量输出，积分球壳体用于对辐射光源组件发出的激光进行匀化，匀光输出端口用于输出匀化后的激光。

进一步地，积分球壳体具有漫反射涂料层，漫反射涂料层设置在积分球壳体内侧。

进一步地，限光光阑组件包括至少两个限光光阑和限光光阑安装支座，至少两个限光光阑的通光口径不同，至少两个限光光阑设置在限光光阑安装支座上。

进一步地，准直光学组件包括间隔设置的离轴抛物面镜和平面反射镜，离轴抛物面镜和平面反射镜呈夹角设置，离轴抛物面镜和平面反射镜用于实现激光的准直与扩束。

进一步地，准直光学组件还包括膜层，膜层涂覆在离轴抛物面镜和平面反射镜上以保证具有设定波长的激光的高透过率投射。

进一步地，双光楔组件包括第一光学镜片、第二光学镜片、第一交叉滚珠轴承、第二交叉滚珠轴承和机械固定机构，第一光学镜片设置在第一交叉滚珠轴承的内圈，第二光学镜片设置在第二交叉滚珠轴承的内圈，第一交叉滚珠轴承和第二交叉滚珠轴承的外圈间隔设置在机械固定机构上。

进一步地，机械固定机构包括第一码盘和第二码盘，第一码盘靠近第一交叉滚珠轴承设置，第二码盘靠近第二交叉滚珠轴承设置。

应用本发明的技术方案，通过在光学参数检测装置中增加由匀光组件、限光光阑组件和准直光学组件构成的激光光束变换系统，从而能够将激光扩束成空间传输面光源，通过调制的激光辐射光源并通过一系列手段进行激光匀化与准直辐射后，辅以双光楔组件的光束偏转功能，实现了对待测激光光电探测系统的快速便携一体化参数测试，极大地降低了成本且简化了操作。本发明的用于激光光电探测系统的光学参数检测装置相对于现有技术而言，能够有效地针对激光光电探测系统实施系统级别的激光多参数检测与测试，以完成激光探测灵敏度、激光光电探测响应特性、激光接收视场角以及光轴一致性的参数测试。

附图说明

所包括的附图用来提供对本发明实施例的进一步的理解，其构成了说明书的一部分，用于例示本发明的实施例，并与文字描述一起来阐释本发明的原理。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1示出了根据本发明的具体实施例提供的用于激光光电探测系统的光学参数检测装置的简化结构示意框图；

图2示出了图1中的光学参数检测装置的详细结构示意框图。

其中，上述附图包括以下附图标记：

10、辐射光源组件；11、驱动电路；12、半导体激光器；13、耦合输出光纤；20、匀光组件；21、标准光纤输入端口；22、激光功率监测探测器；23、匀光输出端口；24、积分球壳体；30、限光光阑组件；31、限光光阑；32、限光光阑安装支座；40、准直光学组件；50、双光楔组件；51、第一光学镜片；52、第二光学镜片；53、第一交叉滚珠轴承；54、第二交叉滚珠轴承；55、机械固定机构。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。同时，应当明白，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。

如图1所示，根据本发明的具体实施例提供了一种用于激光光电探测系统的光学参数检测装置，该光学参数检测装置包括辐射光源组件10、匀光组件20、限光光阑组件30、准直光学组件40和双光楔组件50，其中，辐射光源组件10用于发出近红外波段激光，匀光组件20用于对辐射光源组件10发出的激光进行匀化以使得匀化后的激光的特性服从朗伯辐射特性，限光光阑组件30用于对匀化后的激光进行限光以使得具有设定角度的激光透过限光光阑组件30，准直光学组件40用于对限光后的激光进行准直以将激光准直成平行光，双光楔组件50用于高精度定向改变准直后的激光的传输方向角以输出具有特定光轴偏向角的平行光。

应用此种配置方式，通过在光学参数检测装置中增加由匀光组件20、限光光阑组件30和准直光学组件40构成的激光光束变换系统，从而能够将激光扩束成空间传输面光源，通过调制的激光辐射光源并通过一系列手段进行激光匀化与准直辐射后，辅以双光楔组件的光束偏转功能，实现了对待测激光光电探测系统的快速便携一体化参数测试，极大地降低了成本且简化了操作。本发明的用于激光光电探测系统的光学参数检测装置相对于现有技术而言，能够有效地针对激光光电探测系统实施系统级别的激光多参数检测与测试，以完成激光探测灵敏度、激光光电探测响应特性、激光接收视场角以及光轴一致性的参数测试。

进一步地，在本发明中，如图2所示，为了输出具有特定脉冲宽度、重复频率和辐射功率参数的激光，可将辐射光源组件10配置为包括驱动电路11、半导体激光器12和耦合输出光纤13，驱动电路11用于驱动控制半导体激光器12以产生特定脉冲宽度、重复频率和辐射功率参数的激光，半导体激光器12产生的激光通过耦合输出光纤13进行传输。

应用此种配置方式，驱动电路11可以驱动半导体激光器12以产生激光，其中，为了简单方便地输出特定脉冲宽度、重复频率和辐射功率的激光，可通过辐射光源组件10的驱动电路11进行参数设置。通过控制驱动电路11的电信号调制可实现发射激光的脉冲宽度、重复频率和辐射功率参数的调制，半导体激光器12发出的激光可在耦合输出光纤13内传输。具体地，驱动电路11可通过高精度数字电路控制系统通过逻辑编程以实现特定配置参数的电信号调制，并通过发光二极管进行电-光信号转换，进而实现特定配置的激光光束产生。

进一步地，在本发明中，如图2所示，匀光组件20包括标准光纤输入端口21、激光功率监测探测器22、匀光输出端口23和积分球壳体24，标准光纤输入端口21、激光功率监测探测器22和匀光输出端口23固定设置在积分球壳体24上，标准光纤输入端口21用于接收耦合输出光纤13传输的激光，激光功率监测探测器22用于实时监测和控制激光的能量输出，积分球壳体24用于对辐射光源组件10发出的激光进行匀化，匀光输出端口23用于输出匀化后的激光。

应用此种配置方式，由耦合输出光纤13输出的激光进入标准光纤输入端口21，激光经过积分球壳体24进行匀化并通过匀光输出端口23输出，其中，激光功率监测探测器22设置在积分球壳体24上，通过有效比对的方法，实时监测、控制激光的能量输出，此种方式能够更加准确地监测激光输出的能量波动。

此外，在本发明中，为了减少对特定波段激光的吸收以及实现对激光的匀化，可将积分球壳体24配置为具有漫反射涂料层，漫反射涂料层设置在积分球壳体24的内侧。其中，该漫反射涂料层为能够满足红外波段的漫反射涂料，其能够减少对特定波段激光的吸收。

进一步地，在本发明中，为了将激光传输能量的衰减控制在有效范围内，匀光组件20的匀光输出端口23和积分球壳体24的直径需要依据匀光组件20与限光光阑组件30的口径以及二者之间的距离进行精确计算，以使得经过准直光学组件40准直后的激光能量满足特定的激光功率密度的要求。

在本发明中，为了对匀化后的激光进行限光，可将限光光阑组件30配置为包括至少两个限光光阑31和限光光阑安装支座32，至少两个限光光阑31的通光口径不同，至少两个限光光阑31设置在限光光阑安装支座32上。

应用此种配置方式，通过手动切换限光光阑31能够实现不同通光口径的激光光束透射,最终实现通过改变通光口径进而改变光能辐射功率强度的分档调节。作为本发明的一个具体实施例，限光光阑安装支座32可通过采用超精密机械设计和加工技术以保证限光光阑31的重复定位精度小于0.05mm。

进一步地，在本发明中，为了产生特定发散角的准直辐射光源，可将准直光学组件40配置为包括间隔设置的离轴抛物面镜和平面反射镜，离轴抛物面镜和平面反射镜呈夹角设置，离轴抛物面镜和平面反射镜用于实现激光的准直与扩束。其中，准直光学组件40还包括膜层，膜层涂覆在离轴抛物面镜和平面反射镜上以保证具有设定波长的激光的高透过率投射。

作为本发明的一个具体实施例，通过在离轴抛物面镜和平面反射镜上镀膜，从而能够保证设定波长(400nm至12μm)激光的高透过率投射，此外，本发明的准直光学组件40能够实现竖直方向和水平方向两个自由度的小角度快速调节。在本实施例中，准直光学组件40采用反射传输方式实现激光传输，作为本发明的其他实施例，也可采用透射传输方式实现激光传输，此处不做限制，只要能够保证准直光学组件40的离轴抛物面镜和平面反射镜上的膜层设计能够保证特定激光波段的高传输效率，传输效率不小于90％。

在本发明中，为了实现对准直后的平行光进行特定光束角度偏转，可采用双光楔的技术解决途径，将两个双光楔进行相对旋转，进而实现对特定激光波段的光束发射角度进行偏转。双光楔组件50设置在准直光学组件40准直的平行光路中，可以通过镀膜保证特定波长激光的高透过率投射，并可通过精确标定的双光楔镜片相对位置的旋转以实现特定激光偏转角度的发射。

作为本发明的一个具体实施例，可将双光楔组件50配置为包括第一光学镜片51、第二光学镜片52、第一交叉滚珠轴承53、第二交叉滚珠轴承54和机械固定机构55，第一光学镜片51设置在第一交叉滚珠轴承53的内圈，第二光学镜片52设置在第二交叉滚珠轴承54的内圈，第一交叉滚珠轴承53和第二交叉滚珠轴承54的外圈间隔设置在机械固定机构55上。机械固定机构55包括第一码盘和第二码盘，第一码盘靠近第一交叉滚珠轴承53设置，第二码盘靠近第二交叉滚珠轴承54设置。其中，第一码盘和第二码盘的角度范围均为-180°至+180°，最小刻度间隔为0.5°。

为了对本发明有进一步地理解，下面结合图2对本发明的用于激光光电探测系统的光学参数检测装置的工作过程进行详细说明。

如图2所示，第一，驱动电路11驱动半导体激光器12以产生激光，半导体激光器12产生的激光通过耦合输出光纤13进行传输。其中，驱动电路11可通过高精度数字电路控制系统通过逻辑编程以实现特定配置参数的电信号调制，从而实现发射激光的脉冲宽度、重复频率和辐射功率参数的调制。

第二，由耦合输出光纤13输出的激光进入标准光纤输入端口21，激光经过积分球壳体24进行匀化并通过匀光输出端口23输出，其中，激光功率监测探测器22设置在积分球壳体24上，通过有效比对的方法，实时监测、控制激光的能量输出，此种方式能够更加准确地监测激光输出的能量波动。

第三，由匀光输出端口23输出的激光进入设置在限光光阑安装支座32上的限光光阑31，其中，根据实际需要，通过手动切换限光光阑31能够实现不同通光口径的激光光束透射,最终实现通过改变通光口径进而改变光能辐射功率强度的分档调节。

第四，经过限光光阑31限光后的激光首先进入平面反射镜，经过平面反射镜反射后进入离轴抛物面镜，其中在离轴抛物面镜和平面反射镜上涂覆有膜层，从而能够保证具有设定波长的激光的高透过率投射。激光经过平面反射镜和离轴抛物面镜后，从而能够将激光准直成平行光。

第五，准直后的激光依次进入第一光学镜片51和第二光学镜片52，其中，第一光学镜片51和第二光学镜片52具有特定倾角，通过精确标定的第一光学镜片51和第二光学镜片52相对位置的旋转以实现特定激光偏转角度的发射，从而输出具有特定光轴偏向角的平行光。

综上所述，本发明的用于激光光电探测系统的光学参数检测装置相对于现有技术而言，通过在光学参数检测装置中增加由匀光组件、限光光阑组件和准直光学组件构成的激光光束变换系统，从而能够将激光扩束成空间传输面光源，通过调制的激光辐射光源并通过一系列手段进行激光匀化与准直辐射后，辅以双光楔组件的光束偏转功能，实现了对待测激光光电探测系统的快速便携一体化参数测试，极大地降低了成本且简化了操作。

在本发明的描述中，需要理解的是，方位词如“前、后、上、下、左、右”、“横向、竖向、垂直、水平”和“顶、底”等所指示的方位或位置关系通常是基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，在未作相反说明的情况下，这些方位词并不指示和暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位或者以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明保护范围的限制；方位词“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内外。

为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在……之上”、“在……上方”、“在……上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其他器件或构造之下”。因而，示例性术语“在……上方”可以包括“在……上方”和“在……下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位(旋转90度或处于其他方位)，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。

此外，需要说明的是，使用“第一”、“第二”等词语来限定零部件，仅仅是为了便于对相应零部件进行区别，如没有另行声明，上述词语并没有特殊含义，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种用于激光光电探测系统的光学参数检测装置，其特征在于，所述光学参数检测装置包括：

辐射光源组件(10)，所述辐射光源组件(10)用于发出近红外波段激光；

匀光组件(20)，所述匀光组件(20)用于对所述辐射光源组件(10)发出的激光进行匀化以使得匀化后的所述激光的特性服从朗伯辐射特性；

限光光阑组件(30)，所述限光光阑组件(30)用于对匀化后的所述激光进行限光以使得具有设定角度的激光透过所述限光光阑组件(30)；

准直光学组件(40)，所述准直光学组件(40)用于对限光后的所述激光进行准直以将所述激光准直成平行光；

双光楔组件(50)，所述双光楔组件(50)用于高精度定向改变准直后的所述激光的传输方向角以输出具有特定光轴偏向角的平行光。

2.根据权利要求1所述的用于激光光电探测系统的光学参数检测装置，其特征在于，所述辐射光源组件(10)包括驱动电路(11)、半导体激光器(12)和耦合输出光纤(13)，所述驱动电路(11)用于驱动控制所述半导体激光器(12)以产生特定脉冲宽度、重复频率和辐射功率参数的激光，所述半导体激光器(12)产生的所述激光通过所述耦合输出光纤(13)进行传输。

3.根据权利要求2所述的用于激光光电探测系统的光学参数检测装置，其特征在于，所述匀光组件(20)包括标准光纤输入端口(21)、激光功率监测探测器(22)、匀光输出端口(23)和积分球壳体(24)，所述标准光纤输入端口(21)、所述激光功率监测探测器(22)和所述匀光输出端口(23)固定设置在所述积分球壳体(24)上，所述标准光纤输入端口(21)用于接收所述耦合输出光纤(13)传输的激光，所述激光功率监测探测器(22)用于实时监测和控制所述激光的能量输出，所述积分球壳体(24)用于对所述辐射光源组件(10)发出的激光进行匀化，所述匀光输出端口(23)用于输出匀化后的所述激光。

4.根据权利要求3所述的用于激光光电探测系统的光学参数检测装置，其特征在于，所述积分球壳体(24)具有漫反射涂料层，所述漫反射涂料层设置在所述积分球壳体(24)内侧。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的用于激光光电探测系统的光学参数检测装置，其特征在于，所述限光光阑组件(30)包括至少两个限光光阑(31)和限光光阑安装支座(32)，至少两个所述限光光阑(31)的通光口径不同，至少两个所述限光光阑(31)设置在所述限光光阑安装支座(32)上。

6.根据权利要求5所述的用于激光光电探测系统的光学参数检测装置，其特征在于，所述准直光学组件(40)包括间隔设置的离轴抛物面镜和平面反射镜，所述离轴抛物面镜和所述平面反射镜呈夹角设置，所述离轴抛物面镜和平面反射镜用于实现激光的准直与扩束。

7.根据权利要求6所述的用于激光光电探测系统的光学参数检测装置，其特征在于，所述准直光学组件(40)还包括膜层，所述膜层涂覆在所述离轴抛物面镜和所述平面反射镜上以保证具有设定波长的激光的高透过率投射。

8.根据权利要求6所述的用于激光光电探测系统的光学参数检测装置，其特征在于，所述双光楔组件(50)包括第一光学镜片(51)、第二光学镜片(52)、第一交叉滚珠轴承(53)、第二交叉滚珠轴承(54)和机械固定机构(55)，所述第一光学镜片(51)设置在所述第一交叉滚珠轴承(53)的内圈，所述第二光学镜片(52)设置在所述第二交叉滚珠轴承(54)的内圈，所述第一交叉滚珠轴承(53)和所述第二交叉滚珠轴承(54)的外圈间隔设置在所述机械固定机构(55)上。

9.根据权利要求8所述的用于激光光电探测系统的光学参数检测装置，其特征在于，所述机械固定机构(55)包括第一码盘和第二码盘，所述第一码盘靠近所述第一交叉滚珠轴承(53)设置，所述第二码盘靠近所述第二交叉滚珠轴承(54)设置。