CN110941097A - 激光周视探测的圆锥形视场发射光学系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及激光通信领域本发明涉及激光通信领域，为提出一种圆锥形视场的激光周视发射系统，实现激光引信对于目标360°无死角的探测，并且利用棱镜对光线的偏折作用，实现了将发射光学系统由倾斜放置到平放在整体机械中，增强了系统的稳定性。为此，本发明描述了一种激光周视探测的圆锥形视场发射光学系统，包括依次排列放置的两片凸柱面镜、滤光片、两片棱镜、凹柱面镜和保护窗口，两片双凸柱面镜实现快轴的准直，使用一片凹柱面镜配合第一片棱镜实现慢轴的扩束和匀光，并使用第二片棱镜实现光线的偏折，最终光线经过不规则的保护窗口出射再由探测器接收。本发明主要应用于激光通信设备的设计制造。

Description

激光周视探测的圆锥形视场发射光学系统
技术领域
本发明涉及激光通信领域，确切的说，本发明涉及激光周视探测的圆锥形视场发射光学系统。
背景技术
激光通信通过接收自己发射而被目标反射的激光束来探测目标，摆脱通信对目标的依赖性，能实现对目标的大范围探测。主要有能实现对目标的大范围探测、具有良好的抗干扰性能和定位精度高的特点。
在目标交汇的过程中，目标只有一部分会被激光光束照射到，目前大多数的激光周视探测的发射系统是棱锥形视场，这样就会因与目标的交汇处不同而产生位置信息的偏差，为了更准确地获得目标的位置信息，利用柱面镜和棱镜的配合，最终使得出射的激光光束变为弧形，这样产生的圆锥形视场就会更为准确获取到目标的位置信息，同时可以有效增大作用区域。
半导体激光器具有较大的发散角，且激光光束为高斯光束，所以对激光光束的整形设计尤为重要。由于半导体激光器的发散角在快慢轴方向上的失对称性，用常规的球面镜对称光学系统难以得到具有特定视场且能量均匀分布的光束。因此，需用柱面镜进行快轴的光束准直，慢轴的增加发散度，并加入特殊设计的棱镜进行混光以得到能量均匀的光束。
发明内容
为克服现有技术的不足，本发明旨在提出一种圆锥形视场的激光周视发射系统，实现激光引信对于目标360°无死角的探测，并且利用棱镜对光线的偏折作用，实现了将发射光学系统由倾斜放置到平放在整体机械中，增强了系统的稳定性。为此，本发明描述了一种激光周视探测的圆锥形视场发射光学系统，包括依次排列放置的两片凸柱面镜、滤光片、两片棱镜、凹柱面镜和保护窗口，两片双凸柱面镜实现快轴的准直，使用一片凹柱面镜配合第一片棱镜实现慢轴的扩束和匀光，并使用第二片棱镜实现光线的偏折，最终光线经过不规则的保护窗口出射再由探测器接收。
两片双凸柱面镜，使用高折射率的玻璃材料ZF13，入射激光光束的束腰位于组合透镜系统的前焦面上。
所述的发射光学系统使用的是半导体激光器；所述的发射光学系统使用的镜片个数为奇数；棱镜使用的玻璃为K9。
本发明的特点及有益效果是：
本发明提供的圆锥形视场的激光周视发射系统，实现激光引信对于目标360°无死角的探测，并且利用棱镜对光线的偏折作用，实现了将发射光学系统由倾斜放置到平放在整体机械中，增强了系统的稳定性。
附图说明：
图1为六套光学系统覆盖360°的探测范围示意图；
图2为激光周视探测的圆锥形视场发射光学系统的光学结构图；
图3为激光周视探测的圆锥形视场发射光学系统的外观示意图；
图4为快轴光束经柱面镜压缩准直的示意图；
图5为光线通过组合的柱面镜和棱镜示意图；
图6为单一发射系统所出射的圆弧形窄光束示意图；
图7为六个发射系统组合所形成的圆锥形视场的示意图；
具体实施方式
本发明的目的在于提供一种圆锥形视场的激光周视发射系统，实现激光引信对于目标360°无死角的探测，并且利用棱镜对光线的偏折作用，实现了将发射光学系统由倾斜放置到平放在整体机械中，增强了系统的稳定性。
为了达到上述目的，本发明使用柱面镜改变激光二极管阵列快轴和慢轴的发散度，其中使用两片双凸柱面镜实现快轴的准直；使用一片凹柱面镜配合棱镜实现慢轴的扩束和匀光。并使用另一棱镜实现光线的偏折，最终光线经过不规则的保护窗口出射再由探测器接收。
更进一步具体实施方式中，所述的发射光学系统使用的是半导体激光器。
更进一步具体实施方式中，所述的发射光学系统使用的镜片个数为奇数。
更进一步具体实施方式中，所述的发射光学系统的柱面镜使用的玻璃为ZF13，棱镜使用的玻璃为K9。
更进一步具体实施方式中，所述的发射光学系统使用的都为球面镜。
所述的发射光学系统包含：依次排列放置的两片凸柱面镜、滤光片、两片棱镜、凹柱面镜和保护窗口。单个发射系统中光线最终经过保护窗口出射后会变为圆心角为60°的圆弧型窄光束。
以下结合附图和实施例对本发明进一步说明。
如图1所示，本发明利用六路发射系统实现360°的无死角探测，相邻两路发射系统之间中心光轴的夹角为60°。每路发射光学系统发射的为圆心角为60°的圆弧形光束。
为了尽可能将能量集中，增加有效的探测距离，在子午方向上，每路发射光学系统采用±1°的窄视场发射。
如图4所示，对发散角较大的半导体激光器来说，准直系统的数值孔径较大，一般NA＝0.2～0.3，而且焦距很短，难以确保良好的像差补偿，故本设计采用两片双凸柱面镜，使用高折射率的玻璃材料ZF13，当入射激光光束的束腰位于组合透镜系统的前焦面上时，可得到很好的准直效果。
如图5所示，为了达到慢轴光束的扩束和匀光，采用柱面镜和棱镜相结合的方式，棱镜对光线进行偏折，使中心和边缘的光线有不同的扩束比，并且中心能量高的光束其发散程度大于边缘能量较低的光束，这样经过棱镜折射的发散程度小的光束在空间上补偿目标上能量低的区域，从而使整个目标区域达到相对均匀。
光线在经过柱面镜、滤光片和棱镜后，最终经由保护窗口出射，在窗口对光线的折射作用下，最终可以达到如图6所示的圆弧形窄光束。
通过使用棱镜和柱面镜对圆透镜的代替，实现了从棱锥形视场到圆锥形视场的转变，提高了能量的利用率并且扩大了有效探测区域。并且使得发射系统由倾斜放置变为平放，减小了空间的占有率并提高了系统的稳定性。
尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍,但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后,对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此,本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。

Claims (3)

1.一种激光周视探测的圆锥形视场发射光学系统，其特征是，包括依次排列放置的两片凸柱面镜、滤光片、两片棱镜、凹柱面镜和保护窗口，两片双凸柱面镜实现快轴的准直，使用一片凹柱面镜配合第一片棱镜实现慢轴的扩束和匀光，并使用第二片棱镜实现光线的偏折，最终光线经过不规则的保护窗口出射再由探测器接收。
2.如权利要求1所述的激光周视探测的圆锥形视场发射光学系统，其特征是，两片双凸柱面镜，使用高折射率的玻璃材料ZF13，入射激光光束的束腰位于组合透镜系统的前焦面上。
3.如权利要求1所述的激光周视探测的圆锥形视场发射光学系统，其特征是，所述的发射光学系统使用的是半导体激光器；所述的发射光学系统使用的镜片个数为奇数；棱镜使用的玻璃为K9。
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