CN111610511A - 一种光学收发系统及光学收发方法 - Google Patents
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Abstract
本申请公开了一种光学收发系统及光学收发方法，该系统包括卡塞格林望远镜、光束耦合模块、光发射模块和光接收模块，光束耦合模块实现出射光路和接收光路耦合的目的，根据光学偏振特性加入退偏器和偏振分光棱镜提供了一种光学收发方法，实现基于同光轴的卡塞格林望远镜收发一体化。即该卡式望远镜的次镜包括贯穿其中的第一通孔，主镜包括贯穿其中的第二通孔，第一通孔和第二通孔的中心连线为卡式望远镜的光轴，出射光和接收光均可以通过第一通孔和第二通孔传输，避免了次镜和主镜对于出射光和接收光的遮挡和吸收，有利于提高出射光和接收光的信噪比，并且由于次镜中第一通孔的存在，避免了次镜中心对于接收光的遮挡，实现了无盲区探测。
Description
技术领域
本申请涉及光学技术领域，更具体地说，涉及一种光学收发系统及光学收发方法。
背景技术
光学收发系统作为激光雷达信号的发射和接收器件，是激光雷达技术中非常重要的一部分。
现有的光学收发系统主要分为分立结构和一体式结构，在分立结构的光学收发系统中，光学收发系统的发射光学系统和接收光学系统分立设置；而在一体式结构的光学收发系统中，发射光路和接收光路共用同一光轴，即发射光学系统和接收光学系统集成为一体，相较于分立式结构系统具有结构紧凑、口径大和稳定性高的特点。
但在现有的折返一体式结构的光学收发系统的主流结构为基于卡塞格林望远镜的光学收发系统，在这种结构的光学收发系统中存在能量损失，造成发射光线和接收光线的信噪比较低，接收存在盲区的问题。
发明内容
为解决上述技术问题，本申请提供了一种光学收发系统及光学收发方法，以实现提高光学收发系统的出射光线和接收光线的信噪比，同时降低接收盲区的目的。
为实现上述技术目的，本申请实施例提供了如下技术方案：
一种光学收发系统，包括：卡塞格林望远镜、光束耦合模块、光发射模块和光接收模块；其中，
所述卡塞格林望远镜包括相对设置的主镜和次镜，所述次镜包括贯穿所述次镜的第一通孔，所述主镜包括贯穿所述主镜的第二通孔，所述第一通孔和第二通孔的中心连线为所述卡塞格林望远镜的光轴，所述主镜和所述次镜构成所述卡塞格林望远镜的出射光路和接收光路；
所述光发射模块，用于出射待处理光线，所述待处理光线为线偏振光；
所述光束耦合模块，用于将待处理光线进行反射和退偏处理后形成非偏振态的出射光线，并通过所述出射光路出射；和用于将从所述接收光路返回的接收光线向所述光接收模块传输；
所述光接收模块，用于所述接收光线进行处理，以获得与所述接收光线对应的探测信号。
可选的，所述光发射模块包括：偏振激光器、偏振片和反射棱镜；其中，
所述偏振激光器，用于向所述偏振片出射所述待处理光线；
所述偏振片，用于对所述待处理光线进行检偏后向所述反射棱镜传输；
所述反射棱镜，用于对检偏后的所述待处理光线向所述光束耦合模块传输。
可选的，所述光束耦合模块在对所述待处理光线进行反射和退偏处理之后，还用于对所述待处理光线进行扩束准直处理，以增大所述待处理光线的束腰半径并压缩所述待处理光线的发散角。
可选的，所述光束耦合模块包括：偏振分光棱镜、退偏器和扩束准直单元；其中，
所述偏振分光棱镜包括偏振光入射面、接收光出射面和收发共用面；所述偏振光入射面用于接收所述待处理光线，所述接收光出射面和所述收发共用面的光轴与所述出射光路的光轴重合；
所述偏振分光棱镜，用于对所述待处理光线进行反射处理，并从所述收发共用面向所述退偏器出射；和用于透过所述接收光线，形成偏振态的接收光线并将偏振态的接收光线从所述接收光出射面出射；
所述退偏器，用于对所述待处理光线进行退偏处理，以获得非偏振态的出射光线；和用于透过所述接收光线，并向所述偏振分光棱镜的收发共用面传输；
所述扩束准直单元，用于对所述出射光线进行扩束准直处理后，通过所述出射光路出射；和用于接收所述接收光线，并向所述退偏器传输。
可选的，所述偏振分光棱镜与信号发射光学系统的束腰之间的距离等于所述偏振分光棱镜与所述卡塞格林望远镜的焦点之间的距离；
所述信号发射光学系统包括偏振分光棱镜、退偏器和所述扩束准直单元。
可选的，所述扩束准直单元包括：第一正弯月型透镜和第二正弯月型透镜；其中，
所述第一正弯月型透镜设置于所述主镜远离所述次镜一侧，所述第二正弯月型透镜设置于所述次镜朝向所述主镜一侧；
所述第一正弯月型透镜和所述第二正弯月型透镜的光轴重合，且与所述出射光路的光轴重合。
可选的，所述偏振分光棱镜包括：光学膜叠层和两个直角棱镜；
两个所述直角棱镜的斜面相对设置；
所述光学膜叠层设置于两个所述直角棱镜的工作面上；
所述光学膜叠层至少包括增透膜和偏振分光膜。
可选的，所述光接收模块包括：中性滤波器、光阑、光纤耦合器、光纤跳线、第一透镜、第二透镜、窄带干涉滤波器和光电转换器；其中，
所述中性滤波器和光阑，用于滤除所述偏振态的接收光线中的杂散光并且调节所述接收光线的强弱，增加所述接收光线探测的动态范围，同时提高系统的信噪比；
所述光纤耦合器和所述光纤跳线，用于将滤除杂散光的接收光线向所述第一透镜传输；
所述第一透镜，用于将滤除杂散光的接收光线转换为平行光信号；
所述窄带干涉滤波器，用于滤除所述平行光信号的干扰信号；
所述第二透镜，用于将滤除干扰信号后的平行光信号聚焦到所述光电转换器的探测面上；
所述光电转换器，用于聚焦到所述探测面上的平行光信号进行光电转换，以获得所述探测信号。
一种光学收发方法，应用于上述任一项所述的光学收发系统，所述光学收发系统包括：卡塞格林望远镜、光束耦合模块、光发射模块和光接收模块，所述卡塞格林望远镜包括相对设置的主镜和次镜，所述次镜包括贯穿所述次镜的第一通孔，所述主镜包括贯穿所述主镜的第二通孔，所述第一通孔和第二通孔的中心连线为所述卡塞格林望远镜的光轴，所述主镜和所述次镜构成所述卡塞格林望远镜的出射光路和接收光路；所述光学收发方法包括：
利用所述光发射模块向所述光束耦合模块出射待处理光线，所述待处理光线为线偏振光；
利用所述光束耦合模块对所述待处理光线进行反射和退偏处理后形成非偏振态的出射光线，所述出射光线通过所述出射光路出射；
利用所述接收光路接收返回的接收光线，并利用所述光束耦合模块将所述接收光线向所述光接收模块传输；
利用所述光接收模块对所述接收光线进行处理，以获得与所述接收光线对应的探测信号。
可选的，当所述光发射模块包括：偏振激光器、偏振片和反射棱镜，所述光束耦合模块包括：偏振分光棱镜、退偏器和扩束准直单元，所述光接收模块包括：中性滤波器、光阑、光纤耦合器、光纤跳线、第一透镜、第二透镜、窄带干涉滤波器和光电转换器；
所述利用所述光发射模块向所述光束耦合模块出射待处理光线包括：
利用偏振激光器出射所述待处理光线，所述待处理光线经过所述偏振片检偏后向所述反射棱镜传输；
利用所述反射棱镜将检偏后的所述待处理光线反射向所述偏振分光棱镜的偏振光入射面；
所述利用所述光束耦合模块对所述待处理光线进行反射和退偏处理后形成非偏振态的出射光线，所述出射光线通过所述出射光路出射包括：
利用所述偏振分光棱镜将入射的所述待处理光线向所述退偏器反射，所述退偏器对所述待处理光线进行退偏处理，以获得非偏振态的出射光线；
利用扩束准直单元对所述出射光线进行扩束准直处理后，通过所述出射光路出射；
所述利用所述接收光路接收返回的接收光线，并利用所述光束耦合模块将所述接收光线向所述光接收模块传输包括：
利用所述卡塞格林望远镜的接收光路接收返回的接收光线，所述接收光线依次透过所述扩束准直单元、退偏器和所述偏振分光棱镜后，形成偏振态的接收光线向所述中性滤波器传输；
利用所述中性滤波器和所述光阑，滤除所述偏振态的接收光线中的杂散光并进行所述接收光线的强弱调节，提高信噪比；
利用所述光纤耦合器和所述光阑将滤除杂散光的接收光线向所述第一透镜传输；
利用所述第一透镜，将滤除杂散光的接收光线转换为平行光信号；
利用所述窄带干涉滤波器，滤除所述平行光信号的干扰信号；
利用所述第二透镜，将滤除干扰信号后的平行光信号聚焦到所述光电转换器的探测面上；
利用所述光电转换器，对聚焦到所述探测面上的平行光信号进行光电转换，以获得所述探测信号。
从上述技术方案可以看出，本申请实施例提供了一种光学收发系统及光学收发方法，其中，所述光学收发系统包括卡塞格林望远镜、光束耦合模块、光发射模块和光接收模块，光发射模块出射的待处理光线为线偏振光，配合光束耦合模块实现出射光路和接收光路耦合的目的，实现基于同光轴的卡塞格林望远镜实现光接收和光发射一体化的目的。同时该卡式望远镜的次镜包括贯穿其中的第一通孔，主镜包括贯穿其中的第二通孔，第一通孔和第二通孔的中心连线为卡式望远镜的光轴，出射光线和接收光线均可以通过第一通孔和第二通孔传输，避免了次镜和主镜对于出射光线和接收光线的遮挡和吸收，有利于提高出射光线和接收光线的信噪比，并且由于次镜中第一通孔的存在，避免了次镜中心对于接收光线的遮挡，实现了无盲区探测，扩大了探测范围。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的实施例，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，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1为本申请的一个实施例提供的一种光学收发系统的结构示意图；
图2为本申请的一个实施例提供的一种次镜的光迹图；
图3为本申请的一个实施例提供的偏振分光棱镜、信号发射光学系统和卡塞格林望远镜的焦点关系示意图；
图4为本申请的一个实施例提供的一种光学收发方法的流程示意图。
具体实施方式
正如背景技术中所述，现有技术中的一体式结构的光学收发系统中存在出射光线和接收光线的信噪比较低，接收盲区较大的问题。
卡塞格林型望远镜光学收发系统是一种典型的折反式接收光学系统，发明人研究发现，当卡塞格林望远镜作为发射系统时，由于出射光束的激光能量成高斯分布，直接经卡塞格林望远镜准直放大时，集中在中心的激光能量会被次镜阻挡，该阻挡会造成能量损失至少在50％左右，能量密度的损失造成发射光线的信噪比也相对较低；作为信号接收光学系统，卡塞格林望远镜视场角较小，存在盲区，且由于次镜的存在导致光轴中心的近场接收光线遮挡，不能入射到主反射镜面上，该阻挡也会造成的能量损失，且极大的降低了接收光线的信噪比。目前减少发射光能量损失的有效方法是通过增加光学元件改变光源的能量分布，但是这些方法都不能实现收发一体。作为接收光学系统，目前多数方法都是直接使用卡塞格林望远镜将光线聚焦耦合进入光纤，但是由于次镜中央遮拦，存在盲区，接收光线无法全部通过光学接收系统进入探测模块，从而降低了折反式激光雷达的探测能力。
另外，在折反式激光雷达的光学收发系统一体化方面，有的将发射光学系统固定在接收光学系统次镜遮拦位置实现收发一体，但是需要进行收发光学系统光轴的高精度对准，不适合应用于远距离测量装置。
有鉴于此，本申请实施例提供了一种光学收发系统，包括：卡塞格林望远镜、光束耦合模块、光发射模块和光接收模块；其中，
所述卡塞格林望远镜包括相对设置的主镜和次镜，所述次镜包括贯穿所述次镜的第一通孔，所述主镜包括贯穿所述主镜的第二通孔，所述第一通孔和第二通孔的中心连线为所述卡塞格林望远镜的光轴，所述主镜和所述次镜构成所述卡塞格林望远镜的出射光路和接收光路；
所述光发射模块，用于出射待处理光线，所述待处理光线为线偏振光；
所述光束耦合模块，用于将待处理光线进行反射和退偏处理后形成非偏振态的出射光线，并通过所述出射光路出射；和用于将从所述接收光路返回的接收光线向所述光接收模块传输；
所述光接收模块，用于所述接收光线进行处理，以获得与所述接收光线对应的探测信号。
所述光学收发系统包括卡塞格林望远镜、光束耦合模块、光发射模块和光接收模块，光发射模块出射的待处理光线为线偏振光，配合光束耦合模块实现出射光路和接收光路耦合的目的，即基于同光轴的卡塞格林望远镜实现光接收和光发射一体化的目的。同时该卡式望远镜的次镜包括贯穿其中的第一通孔，主镜包括贯穿其中的第二通孔，第一通孔和第二通孔的中心连线为卡式望远镜的光轴，出射光线和接收光线均可以通过第一通孔和第二通孔传输，避免了次镜和主镜对于出射光线和接收光线的遮挡和吸收，有利于提高出射光线和接收光线的信噪比，并且由于次镜中第一通孔的存在，避免了次镜中心对于接收光线的遮挡，实现了无盲区探测，扩大了探测范围。
下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请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申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
本申请实施例提供了一种光学收发系统，如图1所示，包括：卡塞格林望远镜200、光束耦合模块400、光发射模块100和光接收模块300；其中，
所述卡塞格林望远镜200包括相对设置的主镜5和次镜6，所述次镜6包括贯穿所述次镜6的第一通孔，所述主镜5包括贯穿所述主镜5的第二通孔，所述第一通孔和第二通孔的中心连线为所述卡塞格林望远镜200的光轴，所述主镜5和所述次镜6构成所述卡塞格林望远镜200的出射光路和接收光路；
所述光发射模块100，用于出射待处理光线，所述待处理光线为线偏振光；
所述光束耦合模块400，用于将待处理光线进行反射和退偏处理后形成非偏振态的出射光线，并通过所述出射光路出射；和用于将从所述接收光路返回的接收光线向所述光接收模块300传输；
所述光接收模块300，用于所述接收光线进行处理，以获得与所述接收光线对应的探测信号。
在本实施例中，所述卡塞格林望远镜200包括次镜6和主镜5，所述主镜5的口径可选为160nm，反射非球面的曲率半径为-742.86mm；次镜6中心开设的第一通孔的孔径大小由激光扩束倍数和次镜6的光迹图决定，次镜6的口径可选为52nm，反射球面的曲率半径为-290.28mm，该次镜6的光迹图参考图2。
在本申请的一个实施例中，所述主镜5和次镜6的材料可以为融石英、微晶玻璃或碳化硅中的任意一种，其表面镀有反射膜以提升光线反射率。
在本实施例中，所述光发射模块100出射的待处理光线为线偏振光，配合所述光束耦合模块400实现出射光路和接收光路耦合的目的，即基于同光轴的卡塞格林望远镜200实现光接收和光发射一体化的目的。同时所述卡塞格林望远镜200的次镜6包括贯穿其中的第一通孔，所述卡塞格林望远镜200的主镜5包括贯穿其中的第二通孔，所述第一通孔和第二通孔的中心连线为所述卡塞格林望远镜200的光轴，出射光线和接收光线均可以通过所述第一通孔和第二通孔传输，避免了次镜6和主镜5对于出射光线和接收光线的遮挡和吸收，有利于提高所述出射光线和接收光线的信噪比，并且由于所述次镜6包括贯穿所述次镜6的第一通孔，避免了所述次镜6对于所述接收光线的遮挡，实现了无盲区探测，扩大了探测范围。
下面对本申请实施例提供的光学收发系统的各个部件的可行结构进行举例说明。
在本申请的一个实施例中，仍然参考图1，所述光发射模块100包括：偏振激光器1、偏振片2和反射棱镜3；其中，
所述偏振激光器1，用于向所述偏振片2出射所述待处理光线；
所述偏振片2，用于对所述待处理光线进行检偏后向所述反射棱镜3传输；
所述反射棱镜3，用于对检偏后的所述待处理光线向所述光束耦合模块400传输。
所述偏振激光器1可以采用532nm调Q微脉冲偏振激光器1，该偏振激光器1以808nm半导体激光器为泵浦源，经Nd：YV04(掺钕钒酸钇晶体)晶体产生1064nm激光器，再通过PPLN(极化铌酸锂，Periodically Poled Lithium Niobate)晶体倍频获得532nm激光作为所述待处理光线输出，采用偏振片2进行检偏，最终输出低能量短脉冲激光，解决了对人眼的安全问题。
在上述实施例的基础上，在本申请的另一个实施例中，所述光束耦合模块400在对所述待处理光线进行反射和退偏处理之后，还用于对所述待处理光线进行扩束准直处理，以增大所述待处理光线的束腰半径并压缩所述待处理光线的发散角。
相应的，仍然参考图1，所述光束耦合模块400包括：偏振分光棱镜9、退偏器4和扩束准直单元410；其中，
所述偏振分光棱镜9包括偏振光入射面、接收光出射面和收发共用面；所述偏振光入射面用于接收所述待处理光线，所述接收光出射面和所述收发共用面的光轴与所述出射光路的光轴重合；
所述偏振分光棱镜9，用于对所述待处理光线进行反射处理，并从所述收发共用面向所述退偏器4出射；和用于透过所述接收光线，形成偏振态的接收光线并将偏振态的接收光线从所述接收光出射面出射；
所述退偏器4，用于对所述待处理光线进行退偏处理，以获得非偏振态的出射光线；和用于透过所述接收光线，并向所述偏振分光棱镜9的收发共用面传输；
所述扩束准直单元410，用于对所述出射光线进行扩束准直处理后，通过所述出射光路出射；和用于接收所述接收光线，并向所述退偏器4传输。
仍然参考图1，所述扩束准直单元410包括：第一正弯月型透镜8和第二正弯月型透镜7；其中，
所述第一正弯月型透镜8设置于所述主镜5远离所述次镜6一侧，所述第二正弯月型透镜7设置于所述次镜6朝向所述主镜5一侧；
所述第一正弯月型透镜8和所述第二正弯月型透镜7的光轴重合，且与所述出射光路的光轴重合。
在图1中，所述偏振分光棱镜9的偏振光入射面垂直于所述待处理光线的入射方向，所述接收光出射面的中心线与所述收发共用面的中心线重合。所述收发共用面是指其即作为所述待处理光线的出射面，也作为所述接收光线的入射面，即所述偏振分光棱镜9是实现收发光路和接收光路耦合在一起的重要器件，且是区分向所述退偏器4传输的待处理光线和透过所述退偏器4的接收光线的重要器件。
在图1中，所述偏振分光棱镜9、退偏器4、第一正弯月型透镜8和第二正弯月型透镜7同时构成了信号发射光学系统和信号接收光学系统。
参考图3，所述偏振分光棱镜9与所述信号发射光学系统的束腰之间的距离等于所述偏振分光棱镜9与所述卡塞格林望远镜200的焦点之间的距离。
在所述扩束准直单元410中，所述第二正弯月型透镜7的口径可选为22mm，表面类型为球面型，所述第一正弯月型透镜8的口径可选为12.5mm，其中，左侧表面(即朝向主镜5一侧表面)的表面类型为偶次非球面，具体光学参数参考表1。
表1光学收发系统参数表
仍然参考图1，所述偏振分光棱镜9包括：光学膜叠层和两个直角棱镜；
两个所述直角棱镜的斜面相对设置；
所述光学膜叠层设置于两个所述直角棱镜的工作面上；
所述光学膜叠层至少包括增透膜和偏振分光膜。
所述直角棱镜的材料可采用氟化钙材料，卡塞格林望远镜200和准直扩束单元依次安装于镜架内，所述镜架的材料为铝合金材料、钛合金材料、因瓦合金材料或碳素复合纤维等低线膨胀系数材料，镜架材料在-40℃～50℃内具有较低的膨胀系数，使得主镜5和次镜6的连接件、卡塞格林望远镜200和扩束准直单元410之间以及透镜组的透镜间的膨胀或收缩系数小，利于光学收发系统获得较好的像质。
对于光接收模块300，仍然参考图1，所述光接收模块300包括：中性滤波器10、光阑11、光纤耦合器12、光纤跳线13、第一透镜131、第二透镜132、窄带干涉滤波器14和光电转换器15；其中，
所述中性滤波器10和光阑11，用于滤除所述偏振态的接收光线中的杂散光并且调节所述接收光线的强弱，增加所述接收光线探测能力的动态范围，同时提高系统的信噪比；
所述光纤耦合器12和所述光纤跳线13，用于将滤除杂散光的接收光线向所述第一透镜131传输；
所述第一透镜131，用于将滤除杂散光的接收光线转换为平行光信号；
所述窄带干涉滤波器14，用于滤除所述平行光信号的干扰信号；
所述第二透镜132，用于将滤除干扰信号后的平行光信号聚焦到所述光电转换器15的探测面上；
所述光电转换器15，用于聚焦到所述探测面上的平行光信号进行光电转换，以获得所述探测信号。
所述第一透镜131和第二透镜132构成透镜组130。
在图1所示的光学收发系统中，其工作过程大致包括：
偏振激光器1出射待处理光线，待处理光线经过偏振片2检偏后被反射棱镜3反射向所述偏振分光棱镜9；
待处理光线进行偏振分光棱镜9的偏振光入射面入射后，被反射向退偏器4，待处理光线经过退偏器4的退偏处理后，获得非偏振态的出射光线并出射，完成信号出射的过程。
出射光线被待测目标散射后的接收光线通过卡塞格林望远镜200和扩束准直单元410回收进入所述退偏器4，由于接收光线为非偏振态光，因此经过退偏器4后的接收光线仍为非偏振态光，从而可以顺利透过退偏器4后面的偏振分光棱镜9，达到区分发射光线和接收光线的目的。
通过偏振分光棱镜9后的接收信号变为偏振光，并通过中心滤波片和光阑11，滤掉杂散光；
经过光阑11的接收光线通过光线耦合器进入光纤跳线13；
由光纤跳线13输出的接收光线向第一透镜131传输，第一透镜131将滤除杂散光后的接收光线转换为平行光信号；
平行光信号进行窄带干涉滤波器14后进入第二透镜132；
第二透镜132将透过窄带干涉滤波器14的平行光信号汇聚到所述光电转换器15的探测面上，实现光信号的收发一体化。
下面对本申请实施例提供的光学收发方法进行描述，下文描述的光学收发方法可与上文描述的光学收发系统相互对应参照。
相应的，本申请实施例还提供了一种光学收发方法，如图4所示，应用于上述任一实施例所述的光学收发系统，所述光学收发系统包括：卡塞格林望远镜、光束耦合模块、光发射模块和光接收模块，所述卡塞格林望远镜包括相对设置的主镜和次镜，所述次镜包括贯穿所述次镜的第一通孔，所述主镜包括贯穿所述主镜的第二通孔，所述第一通孔和第二通孔的中心连线为所述卡塞格林望远镜的光轴，所述主镜和所述次镜构成所述卡塞格林望远镜的出射光路和接收光路；所述光学收发方法包括：
S101：利用所述光发射模块向所述光束耦合模块出射待处理光线，所述待处理光线为线偏振光；
S102：利用所述光束耦合模块对所述待处理光线进行反射和退偏处理后形成非偏振态的出射光线，所述出射光线通过所述出射光路出射；
S103：利用所述接收光路接收返回的接收光线，并利用所述光束耦合模块将所述接收光线向所述光接收模块传输；
S104：利用所述光接收模块对所述接收光线进行处理，以获得与所述接收光线对应的探测信号。
可选的，当所述光发射模块包括：偏振激光器、偏振片和反射棱镜，所述光束耦合模块包括：偏振分光棱镜、退偏器和扩束准直单元，所述光接收模块包括：中性滤波器、光阑、光纤耦合器、光纤跳线、第一透镜、第二透镜、窄带干涉滤波器和光电转换器时；
仍然参考图4，所述利用所述光发射模块向所述光束耦合模块出射待处理光线包括：
S1011：利用偏振激光器出射所述待处理光线，所述待处理光线经过所述偏振片检偏后向所述反射棱镜传输；
S1012：利用所述反射棱镜将检偏后的所述待处理光线反射向所述偏振分光棱镜的偏振光入射面；
所述利用所述光束耦合模块对所述待处理光线进行反射和退偏处理后形成非偏振态的出射光线，所述出射光线通过所述出射光路出射包括：
S1021：利用所述偏振分光棱镜将入射的所述待处理光线向所述退偏器反射，所述退偏器对所述待处理光线进行退偏处理，以获得非偏振态的出射光线；
S1022：利用扩束准直单元对所述出射光线进行扩束准直处理后，通过所述出射光路出射；
所述利用所述接收光路接收返回的接收光线，并利用所述光束耦合模块将所述接收光线向所述光接收模块传输包括：
S1031：利用所述卡塞格林望远镜的接收光路接收返回的接收光线，所述接收光线依次透过所述扩束准直单元、退偏器和所述偏振分光棱镜后，形成偏振态的接收光线向所述中性滤波器传输；
S1032：利用所述中性滤波器和所述光阑，滤除所述偏振态的接收光线中的杂散光并进行所述接收光线的强弱调节；
S1033：利用所述光纤耦合器和所述光阑将滤除杂散光的接收光线向所述第一透镜传输；
S1034：利用所述第一透镜，将滤除杂散光的接收光线转换为平行光信号；
S1035：利用所述窄带干涉滤波器，滤除所述平行光信号的干扰信号；
S1036：利用所述第二透镜，将滤除干扰信号后的平行光信号聚焦到所述光电转换器的探测面上；
S1037：利用所述光电转换器，对聚焦到所述探测面上的平行光信号进行光电转换，以获得所述探测信号。
综上所述，本申请实施例提供了一种光学收发系统及光学收发方法，其中，所述光学收发系统包括卡塞格林望远镜、光束耦合模块、光发射模块和光接收模块，光发射模块出射的待处理光线为线偏振光，配合光束耦合模块实现出射光路和接收光路耦合的目的，即基于同光轴的卡塞格林望远镜实现光接收和光发射一体化的目的。同时该卡式望远镜的次镜包括贯穿其中的第一通孔，主镜包括贯穿其中的第二通孔，第一通孔和第二通孔的中心连线为卡式望远镜的光轴，出射光线和接收光线均可以通过第一通孔和第二通孔传输，避免了次镜和主镜对于出射光线和接收光线的遮挡和吸收，有利于提高出射光线和接收光线的信噪比，并且由于次镜中第一通孔的存在，避免了次镜中心对于接收光线的遮挡，实现了无盲区探测，扩大了探测范围。
本说明书中各实施例中记载的特征可以相互替换或者组合，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本申请。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本申请的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本申请将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
Claims (10)
1.一种光学收发系统，其特征在于，包括：卡塞格林望远镜、光束耦合模块、光发射模块和光接收模块；其中，
所述卡塞格林望远镜包括相对设置的主镜和次镜，所述次镜包括贯穿所述次镜的第一通孔，所述主镜包括贯穿所述主镜的第二通孔，所述第一通孔和第二通孔的中心连线为所述卡塞格林望远镜的光轴，所述主镜和所述次镜构成所述卡塞格林望远镜的出射光路和接收光路；
所述光发射模块，用于出射待处理光线，所述待处理光线为线偏振光；
所述光束耦合模块，用于将待处理光线进行反射和退偏处理后形成非偏振态的出射光线，并通过所述出射光路出射；和用于将从所述接收光路返回的接收光线向所述光接收模块传输；
所述光接收模块，用于所述接收光线进行处理，以获得与所述接收光线对应的探测信号。
2.根据权利要求1所述的光学收发系统，其特征在于，所述光发射模块包括：偏振激光器、偏振片和反射棱镜；其中，
所述偏振激光器，用于向所述偏振片出射所述待处理光线；
所述偏振片，用于对所述待处理光线进行检偏后向所述反射棱镜传输；
所述反射棱镜，用于对检偏后的所述待处理光线向所述光束耦合模块传输。
3.根据权利要求1所述的光学收发系统，其特征在于，所述光束耦合模块在对所述待处理光线进行反射和退偏处理之后，还用于对所述待处理光线进行扩束准直处理，以增大所述待处理光线的束腰半径并压缩所述待处理光线的发散角。
4.根据权利要求3所述的光学收发系统，其特征在于，所述光束耦合模块包括：偏振分光棱镜、退偏器和扩束准直单元；其中，
所述偏振分光棱镜包括偏振光入射面、接收光出射面和收发共用面；所述偏振光入射面用于接收所述待处理光线，所述接收光出射面和所述收发共用面的光轴与所述出射光路的光轴重合；
所述偏振分光棱镜，用于对所述待处理光线进行反射处理，并从所述收发共用面向所述退偏器出射；和用于透过所述接收光线，形成偏振态的接收光线并将偏振态的接收光线从所述接收光出射面出射；
所述退偏器，用于对所述待处理光线进行退偏处理，以获得非偏振态的出射光线；和用于透过所述接收光线，并向所述偏振分光棱镜的收发共用面传输；
所述扩束准直单元，用于对所述出射光线进行扩束准直处理后，通过所述出射光路出射；和用于接收所述接收光线，并向所述退偏器传输。
5.根据权利要求4所述的光学收发系统，其特征在于，所述偏振分光棱镜与信号发射光学系统的束腰之间的距离等于所述偏振分光棱镜与所述卡塞格林望远镜的焦点之间的距离；
所述信号发射光学系统包括偏振分光棱镜、退偏器和所述扩束准直单元。
6.根据权利要求4所述的光学收发系统，其特征在于，所述扩束准直单元包括：第一正弯月型透镜和第二正弯月型透镜；其中，
所述第一正弯月型透镜设置于所述主镜远离所述次镜一侧，所述第二正弯月型透镜设置于所述次镜朝向所述主镜一侧；
所述第一正弯月型透镜和所述第二正弯月型透镜的光轴重合，且与所述出射光路的光轴重合。
7.根据权利要求4所述的光学收发系统，其特征在于，所述偏振分光棱镜包括：光学膜叠层和两个直角棱镜；
两个所述直角棱镜的斜面相对设置；
所述光学膜叠层设置于两个所述直角棱镜的工作面上；
所述光学膜叠层至少包括增透膜和偏振分光膜。
8.根据权利要求1所述的光学收发系统，其特征在于，所述光接收模块包括：中性滤波器、光阑、光纤耦合器、光纤跳线、第一透镜、第二透镜、窄带干涉滤波器和光电转换器；其中，
所述中性滤波器和光阑，用于滤除所述偏振态的接收光线中的杂散光并且调节所述接收光线的强弱，增加所述接收光线探测的动态范围，同时提高系统的信噪比；
所述光纤耦合器和所述光纤跳线，用于将滤除杂散光的接收光线向所述第一透镜传输；
所述第一透镜，用于将滤除杂散光的接收光线转换为平行光信号；
所述窄带干涉滤波器，用于滤除所述平行光信号的干扰信号；
所述第二透镜，用于将滤除干扰信号后的平行光信号聚焦到所述光电转换器的探测面上；
所述光电转换器，用于聚焦到所述探测面上的平行光信号进行光电转换，以获得所述探测信号。
9.一种光学收发方法，其特征在于，应用于权利要求1-8任一项所述的光学收发系统，所述光学收发系统包括：卡塞格林望远镜、光束耦合模块、光发射模块和光接收模块，所述卡塞格林望远镜包括相对设置的主镜和次镜，所述次镜包括贯穿所述次镜的第一通孔，所述主镜包括贯穿所述主镜的第二通孔，所述第一通孔和第二通孔的中心连线为所述卡塞格林望远镜的光轴，所述主镜和所述次镜构成所述卡塞格林望远镜的出射光路和接收光路；所述光学收发方法包括：
利用所述光发射模块向所述光束耦合模块出射待处理光线，所述待处理光线为线偏振光；
利用所述光束耦合模块对所述待处理光线进行反射和退偏处理后形成非偏振态的出射光线，所述出射光线通过所述出射光路出射；
利用所述接收光路接收返回的接收光线，并利用所述光束耦合模块将所述接收光线向所述光接收模块传输；
利用所述光接收模块对所述接收光线进行处理，以获得与所述接收光线对应的探测信号。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，当所述光发射模块包括：偏振激光器、偏振片和反射棱镜，所述光束耦合模块包括：偏振分光棱镜、退偏器和扩束准直单元，所述光接收模块包括：中性滤波器、光阑、光纤耦合器、光纤跳线、第一透镜、第二透镜、窄带干涉滤波器和光电转换器；
所述利用所述光发射模块向所述光束耦合模块出射待处理光线包括：
利用偏振激光器出射所述待处理光线，所述待处理光线经过所述偏振片检偏后向所述反射棱镜传输；
利用所述反射棱镜将检偏后的所述待处理光线反射向所述偏振分光棱镜的偏振光入射面；
所述利用所述光束耦合模块对所述待处理光线进行反射和退偏处理后形成非偏振态的出射光线，所述出射光线通过所述出射光路出射包括：
利用所述偏振分光棱镜将入射的所述待处理光线向所述退偏器反射，所述退偏器对所述待处理光线进行退偏处理，以获得非偏振态的出射光线；
利用扩束准直单元对所述出射光线进行扩束准直处理后，通过所述出射光路出射；
所述利用所述接收光路接收返回的接收光线，并利用所述光束耦合模块将所述接收光线向所述光接收模块传输包括：
利用所述卡塞格林望远镜的接收光路接收返回的接收光线，所述接收光线依次透过所述扩束准直单元、退偏器和所述偏振分光棱镜后，形成偏振态的接收光线向所述中性滤波器传输；
利用所述中性滤波器和所述光阑，滤除所述偏振态的接收光线中的杂散光并进行所述接收光线的强弱调节，同时提高系统的信噪比；
利用所述光纤耦合器和所述光阑将滤除杂散光的接收光线向所述第一透镜传输；
利用所述第一透镜，将滤除杂散光的接收光线转换为平行光信号；
利用所述窄带干涉滤波器，滤除所述平行光信号的干扰信号；
利用所述第二透镜，将滤除干扰信号后的平行光信号聚焦到所述光电转换器的探测面上；
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| CB02 | Change of applicant information | ||
| CB02 | Change of applicant information |
Address after: 100094 Building 2, yard 3, fengxiu Middle Road, Haidian District, Beijing Applicant after: Huayun Minshida Radar (Beijing) Co.,Ltd. Address before: 100094 Building 2, yard 3, fengxiu Middle Road, Haidian District, Beijing Applicant before: BEIJING METSTAR RADAR Co.,Ltd. |
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| CB03 | Change of inventor or designer information | ||
| CB03 | Change of inventor or designer information |
Inventor after: Shu Shijiang Inventor after: Zhang Guoliang Inventor after: Yu Yongxin Inventor after: Mao Yulin Inventor after: Liu Xiaodong Inventor before: Mao Yulin Inventor before: Shu Shijiang Inventor before: Zhang Guoliang Inventor before: Liu Xiaodong Inventor before: Yu Yongxin |
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| GR01 | Patent grant |