CN113219484A - 一种通用的测风激光雷达收发合置望远镜装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种通用的测风激光雷达收发合置望远镜装置,包括望远镜装置本体，所述望远镜装置本体连接有环形器，所述望远镜装置本体包括准直耦合镜、扩束镜和补偿镜，所述准直耦合镜与扩束镜之间呈螺纹连接设置，所述扩束镜采用伽利略式扩束镜设置，所述扩束镜由凹透镜和凸透镜组成。本发明通过设置可拆卸的准直耦合镜，使得该望远镜装置可同时适用于光纤环形器和空间光环形器两种方案的测风激光雷达，解决了现有的需要分别设计、无成型产品的问题，实现了通用设计，同时通过补偿镜减小了望远镜系统的光学像差，达到很好的成像效果。

Description

一种通用的测风激光雷达收发合置望远镜装置
技术领域
本发明涉及测风激光雷达技术领域，尤其涉及一种通用的测风激光雷达收发合置望远镜装置。
背景技术
与传统的雷达相比，激光测风雷达分辨率更高、灵敏度更高、探测范围更广、抗干扰能力更强。在航天航空、气象观测、风力发电等领域得到了广泛的应用。
望远镜是测风激光雷达的重要组成部分，采用收发合置的测风激光雷达普遍的两种环形器方案是光纤环形器和空间光环形器，由于光纤环形器出射的激光光束是发散的，空间光环形器出射的激光光束是平行的，所以两种方案对应的收发望远镜结构是不同的。但是不管是光纤环形器方案还是空间光环形器方案，都需要使用扩束镜对发射光束进行扩束和对回波光束进行光斑压缩，以及对补偿镜对收发光束进行像差补偿。
目前测风激光雷达采用的光纤环形器方案和空间光环形器方案各有优缺点。光纤环形器虽然结构简单，体积小，有利于集成，但是它的相位强度噪声大，对激光光源的线宽要求高，增加了光源的成本；而空间光环形器可有效控制杂散光的强度，降低了光源线宽的要求，但是它的体积大，装调复杂，同时还需要到考虑光纤与环形器之间的耦合效率问题。
然而市面上使用的收发望远镜的通用性差，不能同时适用于两种环形器方案，实际使用还可能需要经过专门的设计，不利于产品化生产，降低了系统的灵活性。
发明内容
本发明的目的是为了解决背景技术中的问题，而提出的一种通用的测风激光雷达收发合置望远镜装置。
为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：
一种通用的测风激光雷达收发合置望远镜装置，包括望远镜装置本体，所述望远镜装置本体连接有环形器，所述望远镜装置本体包括准直耦合镜、扩束镜和补偿镜，所述准直耦合镜与扩束镜之间呈螺纹连接设置，所述扩束镜采用伽利略式扩束镜设置，所述扩束镜由凹透镜和凸透镜组成。
优选地，所述准直耦合镜由双凸透镜和外壳组成，所述外壳的端部外侧壁开设有螺纹槽。
优选地，所述凸透镜的孔径大小大于凹透镜的孔径大小，所述凸透镜的焦距大小大于凹透镜焦距的大小。
优选地，所述补偿镜采用非球面透镜、双胶合透镜、空气隙双合透镜或者上述几种透镜的组合。
优选地，所述环形器采用光纤环形器和空间光环形器的其中一种。
优选地，所述望远镜装置本体包括扩束镜和补偿镜，所述扩束镜采用伽利略式扩束镜设置，所述扩束镜由凹透镜和凸透镜组成。
与现有的技术相比，本一种通用的测风激光雷达收发合置望远镜装置的优点在于：
1、设置外壳和螺纹槽，通过外壳的旋入和旋出，实现准直耦合镜与扩束镜之间的安装拆卸，同时保证了准直耦合镜和扩束镜的共轴，省略了繁琐的同轴校准过程，并通过准直耦合镜的安装拆卸，实现了该望远镜装置可同时适用于光纤环形器和空间光环形器两种方案的测风激光雷达，解决了现有的需要分别设计、无成型产品的问题，实现了通用设计；
2、设置准直耦合镜，准直耦合镜可以保证光束在光纤和望远镜之间的耦合效率，减少了光束在光纤端面和望远镜界面处的耦合损耗；
3、设置扩束镜，在这种望远镜装置中，由于准直耦合镜和扩束镜之间的光束是平行光束，这段距离的长短并不会影响到各个镜片的功能，使得望远镜的长度是可控的，在空间光环形器中，由于环形器出射的光束是平行光束，使得环形器和扩束镜之间距离的长短也不会影响到望远镜系统；
4、设置补偿镜，补偿镜可以减小望远镜系统的光学像差，达到很好的成像效果；
综上所述，本发明通过设置可拆卸的准直耦合镜，实现了该望远镜装置可同时适用于光纤环形器和空间光环形器两种方案的测风激光雷达，解决了现有的需要分别设计、无成型产品的问题，实现了通用设计，同时通过补偿镜减小了望远镜系统的光学像差，达到很好的成像效果。
附图说明
图1为本发明提出的一种通用的测风激光雷达收发合置望远镜装置的结构示意图；
图2为本发明提出的一种适配于光纤环形器方案的测风激光雷达收发合置望远镜装置的结构示意图；
图3为本发明提出的一种适配于空间光环形器方案的测风激光雷达收发合置望远镜装置的结构示意图。
图中：1环形器、2准直耦合镜、3扩束镜、4补偿镜、5端口、6双凸透镜、7凹透镜、8凸透镜、9双胶合透镜。
具体实施方式
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。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为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，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
实施例一
参照图1-2，一种通用的测风激光雷达收发合置望远镜装置，包括望远镜装置本体，所述望远镜装置本体连接有环形器1，望远镜装置本体包括准直耦合镜2、扩束镜3和补偿镜4，为了满足相干探测要求，补偿镜(4)由减小系统像差的透镜或透镜组合组成，可以把整个望远镜的系统像差控制在λ/4内。
准直耦合镜2与扩束镜3之间呈螺纹连接设置，扩束镜3采用伽利略式扩束镜设置，扩束镜3由凹透镜7和凸透镜8组成，凸透镜8的孔径大小大于凹透镜7的孔径大小，凸透镜8的焦距大小大于凹透镜7的焦距大小，实现了发射光束的扩束和接收光束的光斑压缩。
准直耦合镜2由双凸透镜6和外壳组成，外壳的端部外侧壁开设有螺纹槽，补偿镜4采用的是双胶合透镜9，由材质为H-K9L和ZF1中的两种镜片胶合而成，通光口径为50.8mm，为了满足相干探测要求，补偿镜4把整个望远镜的系统像差控制在λ/4内，先将准直耦合镜2安装在扩束镜3上，使得这种望远镜装置适配于光纤环形器，光纤环形器的端部设有端口5，端口5处的光纤端面倾斜角呈8°设置，与准直耦合镜远离螺纹槽一端相连，使得在发射过程中，发射光束从光纤环形器上端口5处的光纤端面出射时具有一定的发散角，并经过准直耦合镜2后，光束从光纤耦合到望远镜转化为平行光束，再经过扩束镜3把平行光束的光斑半径被扩大到补偿镜4孔径的0.8倍，以达到最佳天线效率和外差效率，经过补偿镜4后，由准直耦合镜2和扩束镜3引起的像差被补偿，光束被聚焦发射到大气中，在接收过程中，由气溶胶后向散射得到的回波光束经过补偿镜4的像差补偿、扩束镜3的光斑压缩、准直耦合镜2的高效耦合后，重新回到光纤环形器中，用于后期与本振光束的拍频及信号处理。
实施例二
参照图3，与实施例一的不同之处在于：
望远镜装置本体包括扩束镜3和补偿镜4，扩束镜3采用伽利略式扩束镜设置，扩束镜3由凹透镜7和凸透镜8组成，补偿镜4采用的是双胶合透镜9，由材质为H-K9L和ZF1中的两种镜片胶合而成，通光口径为50.8mm，为了满足相干探测要求，补偿镜4把整个望远镜的系统像差控制在λ/4内，先将准直耦合镜2与扩束镜3之间进行拆卸，使得这种望远镜装置适配于空间光环形器方案，从而在发射过程中，从空间光环形器出射的光束为平行光束，经过扩束镜3扩束后，光束的光斑半径被扩大到补偿镜4孔径的0.8倍，以达到最佳天线效率和外差效率，经过补偿镜4后，由扩束镜3引起的像差被补偿，光束被聚焦发射到大气中，在接收过程中，由于不存在望远镜与光纤之间的耦合问题，由气溶胶后向散射得到的回波光束经过补偿镜4的像差补偿和扩束镜3的光斑压缩后，可直接进入到空间光环形器，从而通过准直耦合镜2与扩束镜3之间的安装拆卸，实现了该望远镜装置可同时适用于光纤环形器和空间光环形器两种方案的测风激光雷达，解决了现有的需要分别设计、无成型产品的问题，实现了通用设计。
进一步说明，上述固定连接，除非另有明确的规定和限定，否则应做广义理解，例如，可以是焊接，也可以是胶合，或者一体成型设置等本领域技术人员熟知的惯用手段。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种通用的测风激光雷达收发合置望远镜装置，包括望远镜装置本体，其特征在于，所述望远镜装置本体连接有环形器(1)，所述望远镜装置本体包括准直耦合镜(2)、扩束镜(3)和补偿镜(4)，所述准直耦合镜(2)与扩束镜(3)之间呈螺纹连接设置，所述扩束镜(3)采用伽利略式扩束镜设置，所述扩束镜(3)由凹透镜(7)和凸透镜(8)组成。
2.根据权利要求1所述的一种通用的测风激光雷达收发合置望远镜装置，其特征在于，所述准直耦合镜(2)由双凸透镜(6)和外壳组成，所述外壳的端部外侧壁开设有螺纹槽。
3.根据权利要求1所述的一种通用的测风激光雷达收发合置望远镜装置，其特征在于，所述凸透镜(8)的孔径大小大于凹透镜(7)的孔径大小，所述凸透镜(8)的焦距大小大于凹透镜(7)焦距的大小。
4.根据权利要求1所述的一种通用的测风激光雷达收发合置望远镜装置，其特征在于，所述补偿镜采用非球面透镜、双胶合透镜(9)、空气隙双合透镜或者上述几种透镜的组合。
5.根据权利要求1所述的一种通用的测风激光雷达收发合置望远镜装置，其特征在于，所述环形器采用光纤环形器和空间光环形器的其中一种。
6.根据权利要求1所述的一种通用的测风激光雷达收发合置望远镜装置，其特征在于，所述望远镜装置本体包括扩束镜(3)和补偿镜(4)，所述扩束镜(3)采用伽利略式扩束镜设置，所述扩束镜(3)由凹透镜(7)和凸透镜(8)组成。
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