CN114740641B - 一种紫外光开关及其构成的激光扫描系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种紫外光开关及其构成的激光扫描系统，属于数字信号处理技术领域，紫外光开关包括入射端口、电光效应发生装置、偏振分束镜、出射端口以及电控驱动系统。本发明所提出的紫外光开关及其构成的激光扫描系统内部无运动部件，工作稳定，不同光路之间切换速度快，工作稳定度高，有效避免激光扫描系统中由于机械扫描存在的误差和延迟等问题，并且可根据实际需要增减控制光路数量和时序。

Description

一种紫外光开关及其构成的激光扫描系统
技术领域
本发明属于航空电子技术应用领域，具体涉及一种紫外光开关及其构成的激光扫描系统。
背景技术
大气数据是飞机飞行控制不可或缺的重要参数，直接关系飞机安全性。现在民用航空领域，对安全性的要求越来越高，同时由于传统接触式大气数据系统采用相同原理存在共性失效隐患，因此，当前大气数据探测技术正在向多原理、多通道大气数据融合方向积极迈进。正是在这样的背景条件下，基于激光遥感探测原理的大气数据探测技术不断发展，日益进步。
紫外激光大气探测技术是采用紫外波段激光作为遥感探测的信号光，紫外激光与大气中氮氧等分子发生作用产生瑞利散射，其散射光包含作用大气的性能特征，接收分析散射光可解算相关大气数据：如分析散射光的多普勒频移，能够解算载机与区域大气的相对速度，即真空速；分析散射光的强度，能够解算区域大气内大气分子的数量，即大气密度；分析散射光的热运动频谱展宽，能够解算区域大气内分子的平均温度，即大气温度。在真空速、大气密度和大气温度等基础参数的基础上，能够进一步解算其他全部飞行大气数据参数。基于其非接触式遥感探测原理，紫外激光大气探测技术与传统空速管、迎角传感器、温度等传统的接触式探测技术相比，具有无外部探头、不影响气动外形、防除冰性能好、隐身性能好、维护便捷等优点，有助于提高飞行操控可靠性、保障飞行安全，并且能够帮助提升大气数据系统全寿命周期综合性能。
矢量的大气数据探测要求紫外激光大气探测系统具备不少于三个彼此独立的探测方向。受限于飞机载荷体积、重量、功耗以及成本控制等要求，实现多方向探测一般是将单个激光发生器产生激光按方向数目进行平均分光或者时分复用。平均分光方式各探测方向激光出射功率为产生激光总功率与方向数目之比，各方向可同时进行激光收发；而时分复用方式通过时序控制激光在各方向上的收发工作时间，每个探测方向激光出射功率直接等于激光发生器所产生激光总功率。相比而言，时分复用方式在各探测方向上激光发射能量更高，可以使后端信号探测接收具有更高的灵敏度，时分复用方式实际应用更多。
综合目前现有技术，多方向探测光学收发天线可以有以下几种设计方案：a.分布式单向探测光学收发天线，该天线每个探测方向分别设计独立的光学收发天线，探测时按照时序在多个光学收发天线之间切换，可依次进行不同方向激光收发；b.静态多视场探测光学收发天线，该天线所有探测方向共用一个光学收发天线，通过设定不同激光收发视场，实现不同方向激光收发；c.机械扫描探测光学收发天线，该天线所有探测方向共用一个光学收发天线，利用摆镜或扫描棱镜在全空间或半空间机械扫描工作，实现不同方向激光收发。
基于机械扫描探测方式的光学收发天线，可以拥有较大的镜头孔径，有利于增大系统信噪比，但是方位扫描需要依赖电机等装置整体或局部转动，角度切换速率慢，探测周期长，可控光路少，切换过程串扰大,机械扫描结构相对复杂，难以小型化、轻量化，加之复杂环境下长期使用扫描功能，运动机构容易出现寿命降低、控制精度变差等现象，这些不利因素极大限制了方位扫描探测光学收发天线在机载平台的应用。分布式单向探测光学收发天线与静态多视场探测光学收发天线系统可靠性高、环境适应能力强，适用机载平台大气探测方向快速切换应用场景。在时分复用扫描方式中，分布式单向探测光学收发天线与静态多视场探测光学收发天线探测方向扫描一般通过光开关装置实现。传统光开关分为机械式和非机械式两种，机械式光开关通过内部反射或折射元件的机械运动实现光路切换，存在切换速度慢、可靠性低、环境适应性差等问题，不适用高性能光学开关应用要求。
发明内容
针对现有技术中的上述不足，本发明提供的紫外光开关及其构成的激光扫描系统解决了目前紫外激光大气探测过程中，扫描系统和扫描元件存在的切换速度慢，周期长，所需机械结构复杂，误差大，串扰大，可控制光路少等问题。
为了达到上述发明目的，本发明采用的技术方案为：一种紫外光开关，包括入射端口、n个电光效应发生装置、n个偏振分束镜、出射端口以及电控驱动系统；
入射激光依次通过入射端口、电光效应发生装置、偏振分束镜以及出射端口形成出射激光，所述电光效应发生装置和偏振分束镜交替设置，每个所述电光效应发生装置的电压控制端均与电控驱动系统的电压输出端连接；
其中，第1~n-1个偏振分束镜的反射端设置有出射端口，第n个偏振分束镜的反射端和透射端均设置有出射端口，所述入射端口到每个所述出射端口的通路均对应一条扫描光路，n为大于等于3的自然数。
进一步地，所述电光效应发生装置为普克尔盒。
进一步地，所述紫外光开关通过级联方式扩展扫描光路数量。
本发明的有益效果为：
（1）本发明提出了一种非机械式的紫外光开关，采用但不限于BBO普克尔盒作为开关介质，根据实际需要可以任意扩展开关光路数量，通过控制电压加载时序实现多个探测方向收发激光的扫描。
（2）本发明提供的紫外光开关内部无运动部件或机械扫描结构，具有时序切换速度快、光能量损耗低、工作电压低、工作状态稳定和低串扰等优势，且可根据实际需要任意增加系统光路数量，控制各光路的时序顺序。
一种基于紫外光开关构成的激光扫描系统，包括紫外光开关、发射激光耦合子系统、扫描激光传输光纤、光学天线、接收激光耦合子系统以及回波激光传输光纤；
所述紫外光开关用于输出多路出射激光至发射激光耦合子系统；
所述发射激光耦合子系统用于将接收的各路出射激光耦合至对应的扫描激光传输光纤；
所述扫描激光传输光纤的尾部与所述光学天线连接，用于将各路出射激光传输至对应的光学天线；
所述光学天线用于对接收的各路出射激光进行空间发射，并接收空间大气散射光的回波传输至接收激光耦合子系统；
所述接收激光耦合子系统用于将接收的回波耦合至回波激光传输光纤；
所述回波激光传输光纤用于将回波回传至信号处理系统。
进一步地，所述激光扫描系统包括共轴收发一体激光扫描系统、旁轴收发分立激光扫描系统，以及多发一收激光扫描系统。
进一步地，在所述共轴收发一体激光扫描系统中，所述发射激光耦合子系统实现共光路收发激光的耦合、偏振分离，以及共轴收发；
所述共轴收发一体激光扫描系统中的激光扫描过程为：
每个所述出射端口输出的发射激光依次经对应的发射激光耦合子系统、扫描激光传输光纤以及光学天线后进行空间发射，同时光学天线接收大气散射回波，接收的回波依次经扫描激光传输光纤、发射激光耦合子系统和紫外光开关后，由对应的出射端口依次输出至接收激光耦合子系统，然后由回波激光传输光纤回传至信号处理系统。
进一步地，在所述紫外光开关中，第n个偏振分束镜的两个出射端口接收的回波通过同一个接收激光耦合子系统和回波激光传输光纤回传至信号处理系统。
进一步地，所述共轴收发一体激光扫描系统中的发射激光耦合子系统包括依次设置的1/4波片和耦合镜组；
所述1/4波片用于调制激光的偏振态；所述耦合镜组用于空间激光与扫描激光传输光纤的耦合。
进一步地，在所述旁轴收发分立激光扫描系统中，所述发射激光耦合子系统为发射激光耦合镜，所述光学天线包括发射天线和接收天线，且同一方向的接收天线和发射天线指向相同，位置相近；
所述旁轴收发分立激光扫描系统中的激光扫描过程为：
每个所述出射端口输出的出射激光依次经发射激光耦合镜、扫描激光传输光纤、发射天线后进行空间发射，大气散射回波由接收天线接收，并经同一回波激光传输光纤回传至信号处理系统。
进一步地，在所述多发一收激光扫描系统中，发射激光耦合子系统为发射激光耦合镜，光学天线包括发射天线和共用接收天线；
所述多发一收激光扫描系统中的激光扫描过程为：
每个所述出射端口输出的出射激光依次经发射激光耦合镜、扫描激光传输光纤以及发射天线后进行空间发射，大气散射回波由一个共用接收天线接收后经回波激光传输光纤回传至信号处理系统。
本发明的有益效果为：
（1）本发明在紫外光开关的基础上，进一步提供了激光扫描系统包括共光路收发扫描系统、旁轴收发扫描系统和多发一收扫描系统，不仅可以应用于紫外激光大气探测、紫外激光测风方向，同时也适用其他紫外激光扫描工作领域；
（2）本发明提供的各激光扫描系统构型在有效减小当前紫外激光大气探测扫描结构体积、增强系统工作稳定性与可靠性、实现简洁高效激光扫描方面具有突出实际意义。针对不同的紫外激光大气探测应用需求，可以合理选择扫描系统构型。
附图说明
图1为本发明提供的紫外光开关工作状态示意图。
图2为本发明提供的紫外光开关结构示意图。
图3为本发明提供的紫外光开关四种工作模式示意图。
图4为本发明提供的紫外光开关级联使用方式示意图。
图5为本发明提供的基于紫外光开关的激光扫描系统示意图。
图6为本发明提供的共轴收发一体激光扫描系统结构示意图。
图7为本发明提供的发射激光耦合子系统结构示意图。
图8为本发明提供的旁轴收发分立激光扫描系统结构示意图。
图9为本发明提供的多发一收激光扫描系统结构示意图。
其中：1、入射端口；2、出射端口；3、电光效应发生装置；4、偏振分束镜；5、电控驱动系统；6、紫外光开关；7、发射激光耦合子系统；7-1、1/4波片；7-2、耦合镜组；8、扫描激光传输光纤；9、光学天线；10、接收激光耦合子系统；11、回波激光传输光纤；12、发射激光耦合镜；13、发射天线；14、接收天线；15、共用接收天线；A、入射激光；B、出射激光。
在图3中，2(1)~2(4)、紫外光开关的4个出射端口；3(1)~3(3)、紫外光开关内部的4个电光效应发生装置；4(1)~4(3)、紫外光开关内部的4个偏振分束镜；B(1)~B(4)、紫外光开关4个出射端口对应的4个出射激光。
在图6中，2(1)~2(4)、紫外光开关的4个出射端口；2(5)~2(7)、2(1)~2(4)对应的另一出射端口；7(1)~7(4)、4路发射激光对应的4个发射激光耦合子系统；8(1)~8(4)、4个发射激光耦合子系统对应的4个扫描激光传输光纤；9(1)~9(4)、4个扫描激光传输光纤对应的4个光学天线；10(1)~10(3)、3个输出端口对应的接收激光耦合子系统；
在图8中，2(1)~2(4)、紫外光开关的4个出射端口；12(1)~12(4)、4个出射端口对应的4个发射激光耦合镜；8(1)~8(4)、4个发射激光耦合镜对应的4个扫描激光传输光纤；13(1)~13(4)、4个扫描激光传输光纤对应的4个发射天线；14(1)~14(4)、4个发射天线对应的4个接收天线；
在图9中，2(1)~2(4)、紫外光开关的4个出射端口；12(1)~12(4)、4个出射端口对应的4个发射激光耦合镜；8(1)~8(4)、4个发射激光耦合镜对应的4个扫描激光传输光纤；13(1)~13(4)、4个扫描激光传输光纤对应的4个发射天线。
具体实施方式
下面对本发明的具体实施方式进行描述，以便于本技术领域的技术人员理解本发明，但应该清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。
实施例1：
如图1-2所示，本发明实施例提供了一种紫外光开关，包括入射端口1、n个电光效应发生装置3、n个偏振分束镜4、出射端口2以及电控驱动系统5；
入射激光A依次通过入射端口1、电光效应发生装置3、偏振分束镜4以及出射端口2形成出射激光B，电光效应发生装置3和偏振分束镜4交替设置，每个电光效应发生装置3的电压控制端均与电控驱动系统5的电压输出端连接；
其中，第1~n-1个偏振分束镜4的反射端设置有出射端口2，第n个偏振分束镜4的反射端和透射端均设置有出射端口2，入射端口1到每个出射端口2的通路均对应一条扫描光路，n为大于等于3的自然数。
在本发明实施例中，基于上述紫外光开关结构，通过电光效应发生装置3和偏振分束镜4的控制，使进入入射端口1的入射激光A按控制时序从各个出射端口2出射。
在本发明实施例中，图1-2中的电光效应发生装置3为普克尔盒，其中的晶体材料可以选择但不限于BBO（偏硼酸钡），在电光晶体横向或者纵向加载电压，会产生双折射现象，使光沿快、慢轴传输速率不同引起相位差，从而导致光的偏振态经过晶体后可能发生改变，入射的线偏振光进入入射端口1后，依次经过电光效应发生装置3、偏振分束镜4和出射端口2组成的出射光路，根据电控驱动系统5的预设，使不同电光效应发生装置3对激光进行偏振调制，可在紫外光开关的出射端口2按时序出射激光B。
在本发明实施例中，紫外光开关中的电光效应发生装置3和偏振分束镜4的数量至少为3，即n大于等于2，可以通过扩增加n的数量或将多个紫外光级联方法扩展光路数量。
在本发明实施例中，以n取3为例，在如图1所示的紫外光开关工作过程中，入射激光A首先通过入射端口1进入紫外光开关内部，经过紫外光开关的调制后，从4个出射端口2输出出射激光B，4个光路出射激光B的发射时序可以通过驱动电控系统根据实际情况设定。
实施例2：
在本发明实施例中，以n取3为例，在如图2所示的紫外光开关结构中，通过电控驱动系统5控制电光效应发生装置3电极上的电压加载，可使单个普克尔盒具有如下两种工作模式：
（1）在给电光效应发生装置3施加晶体半波电压时，经普克尔盒的出射光和入射光偏振态相比旋转90°；
（2）在不施加电压时，电光效应发生装置3的出射光和入射光偏振态不变。
在本发明实施例中，基于上述电光效应发生装置3的两种工作模式，入射激光A经过电光效应发生装置3后入射偏振分束镜4，偏振分束镜4可以将不同偏振态激光透射或反射。在紫外光开关的若干个偏振分束镜4中，与入射激光A偏振方向相同的激光将透射通过偏振分束镜4，到达下一个电光效应发生装置3；与入射激光A偏振方向垂直的激光将被反射后通过相应出射端口2输出。因此可以通过改变三个电光效应发生装置3施加的电压，使激光在不同的偏振分束镜4上透射或反射，从而对不同出射光路时序控制。
在本发明实施例中，在紫外光开关的工作状态下，对于如图2所示的四个出射端口2有四种输出方式：
在出射端口2(1)输出出射激光B(1)时，光路中包含：入射激光A、入射端口1、电光效应发生装置3(1)、偏振分束镜4(1)、出射端口2(1)，以及出射激光B(1)。入射激光A进入入射端口1后，在电光效应发生装置3(1)上施加晶体半波电压，使激光偏振方向旋转90度，再由偏振分束镜4(1)反射后在出射端口2(1)输出出射激光B(1)，此时其他出射端口无出射激光。
在出射端口2(2)输出出射激光B(2)时，光路中包含：入射激光A、入射端口1、电光效应发生装置3(1)、偏振分束镜4(1)、电光效应发生装置3(2)、偏振分束镜4(2)、出射端口2(2)、出射激光B(2)。入射激光A进入入射端口1后，在电光效应发生装置3(1)上不施加电压，激光偏振方向不变，因此在偏振分束镜4(1)透射至电光效应发生装置3(2)，在电光效应发生装置3(2)上施加晶体半波电压，使激光偏振方向旋转90度，再由偏振分束镜4(2)反射后在出射端口2(2)输出出射激光B(2)，此时其他出射端口无出射激光。
在出射端口2(3)输出出射激光B(3)时，光路中包含：入射激光A、入射端口1、电光效应发生装置3(1)、偏振分束镜4(1)、电光效应发生装置3(2)、偏振分束镜4(2)、电光效应发生装置3(3)、偏振分束镜4(3)、出射端口2(3)、出射激光B(3)。入射激光A进入入射端口1后，在电光效应发生装置3(1)上不施加电压，激光偏振方向不变，因此在偏振分束镜4(1)透射至电光效应发生装置3(2)，电光效应发生装置3(2)上不施加电压，激光偏振方向不变，因此在偏振分束镜4(2)上透射至电光效应发生装置3(3)，在电光效应发生装置3(3)上施加晶体半波电压，使激光偏振方向旋转90度，再由偏振分束镜4(3)反射后在出射端口2(3)输出出射激光B(3)，此时其他出射端口无出射激光。
在出射端口2(4)输出出射激光B(4)时，光路中包含：入射激光A、入射端口1、电光效应发生装置3(1)、偏振分束镜4(1)、电光效应发生装置3(2)、偏振分束镜4(2)、电光效应发生装置3(3)、偏振分束镜4(3)、出射端口2(4)、出射激光B(4)。入射激光A进入入射端口1后，在电光效应发生装置3(1)上不施加电压，激光偏振方向不变，因此在偏振分束镜4(1)透射至电光效应发生装置3(2)，在电光效应发生装置3(2)上不施加电压，偏振方向不变，因此在偏振分束镜4(2)透射至电光效应发生装置3(3)，在电光效应发生装置3(3)上不施加电压，激光偏振方向不变，因此在偏振分束镜4(3)透射，在出射端口2(4)输出出射激光B(4)，此时其他出射端口无出射激光。
本实施例的表1中列举了本实施例中的紫外光开关各输出端口单独工作时对应电光效应发生装置3上的电压加载状态。
表1：紫外光开关激光输出端口控制
Figure 939831DEST_PATH_IMAGE001
实施例3：
在本发明实施例中，在一些应用例中，本发明提供的紫外光开关可以通过级联方式达到扩展扫描光路的效果，在如图4所示的级联的紫外光开关中，各个出射端口2均可独立工作，将前一个紫外光开关的其中一个出射端口2的出射激光B作为后一个紫外光开关的入射激光A，即前一个紫外光开关的一个出射端口2与后一个紫外光开关的入射端口1耦合。在图4中所示的两个紫外光开关级联的结构中，入射激光A通过两个紫外光开关后出射激光增加到了7路，各路出射激光B可按时序扫描。在实际应用中，紫外光开关的级联数量，可根据需求而定，级联紫外光开关数量N与出射激光B通路数量M的关系为M=3*N+1。
实施例4：
本发明实施例中提供了基于实施例1~3中的紫外光开关形成的激光扫描系统，如图5所示，本实施例中的激光扫描系统包括紫外光开关6、发射激光耦合子系统7、扫描激光传输光纤8、光学天线9、接收激光耦合子系统10以及回波激光传输光纤11；
紫外光开关6用于输出多路出射激光B至发射激光耦合子系统7；发射激光耦合子系统7用于将接收的各路出射激光B耦合至对应的扫描激光传输光纤8；扫描激光传输光纤8的尾部与光学天线9连接，用于将各路出射激光B传输至对应的光学天线9；光学天线9用于对接收的各路出射激光B进行空间发射，并接收空间大气散射光的回波传输至接收激光耦合子系统10；接收激光耦合子系统10用于将接收的回波耦合至回波激光传输光纤11；回波激光传输光纤11用于将回波回传至信号处理系统。
本发明实施例中的激光扫描系统的工作过程为：
入射激光A经过紫外光开关6可扩展为时序控制的多路出射激光B，发射激光耦合子系统7再将各路出射激光分别耦合进扫描激光传输光纤8，扫描激光传输光纤8尾部与光学天线9直接相连，激光由光学天线9进行空间发射，光学天线9同时承担空间大气散射光回波的接收任务，其接收回波由接收激光耦合子系统10耦合入回波激光传输光纤11，最后回传至其他信号处理系统。
实施例5：
本发明实施例4中的激光扫描系统包括共轴收发一体激光扫描系统、旁轴收发分立激光扫描系统，以及多发一收激光扫描系统。
在本发明实施例中的共轴收发一体激光扫描系统中，其中的发射激光耦合子系统7实现共光路收发激光的耦合、偏振分离，以及共轴收发；本实施例中的激光扫描系统中，同一方向的激光发射和接收由一个收发天线实现，收发共光路。
本实施例中，如图6所示，共轴收发一体激光扫描系统中的激光扫描过程为：每个出射端口2输出的发射激光依次经对应的发射激光耦合子系统7、扫描激光传输光纤8以及光学天线9后进行空间发射，通过光学天线9同时接收大气散射回波，接收的回波依次经扫描激光传输光纤8、发射激光耦合子系统7和紫外光开关6后，由对应的出射端口2依次输出至接收激光耦合子系统10和回波激光传输光纤11回传至信号处理系统。
在本实施例中，如图6所示，上述共轴收发一体激光扫描系统的工作过程具体为：
在光学天线9(1)工作时，入射激光A经过紫外光开关6调制后，从出射端口2(1)输出出射激光，共光路收发激光的耦合、偏振分离、共轴收发由发射激光耦合子系统7(1)实现，发射激光耦合子系统7(1)首先将线偏振的发射激光改变为圆偏振态，再耦合进扫描激光传输光纤8(1)，光学天线9(1)在激光扫描系统中使用同一个光学通道，既进行激光发射又进行回波接收。大气散射回波被光学天线9(1)接收后，回波经扫描激光传输光纤8(1)回传到发射激光耦合子系统7(1)中，偏振态由圆偏振态再次改变为线偏振态，但此时回波的偏振方向与发射激光偏振方向相互垂直。所以，当接收回波进入紫外光开关6时，不会按原光路返回，将在紫外光开关6内部的偏振分束镜4透射后由与出射端口2(1)对应的另一出射端口2(5)输出，再通过接收激光耦合子系统10(1)耦合入回波激光传输光纤11，最后回传至信号处理系统。
在光学天线9(2)工作时，入射激光A经过紫外光开关6调制后，从出射端口2(2)输出出射激光，共光路收发激光的耦合、偏振分离、共轴收发由发射激光耦合子系统7(2)实现，以出射激光B（2）作为发射激光，发射激光耦合子系统7(2)首先将线偏振的发射激光改变为圆偏振态，再耦合进扫描激光传输光纤8(2)，光学天线9(2)在激光扫描系统中使用同一个光学通道，既进行激光发射又进行回波接收。大气散射回波被光学天线9(2)接收后，回波经扫描激光传输光纤8(2)回传到发射激光耦合子系统7(2)中，偏振态由圆偏振态再次改变为线偏振态，但此时回波的偏振方向与发射激光偏振方向相互垂直。所以，当接收回波进入紫外光开关6时，不会按原光路返回，将在紫外光开关6内部的偏振分束镜4透射后由与出射端口2(2)对应的另一出射端口2(6)输出，再通过接收激光耦合子系统10(2)耦合入回波激光传输光纤11，最后回传至信号处理系统。
在光学天线9(3)工作时，入射激光A经过紫外光开关6调制后，从出射端口2(3)输出出射激光，共光路收发激光的耦合、偏振分离、共轴收发由发射激光耦合子系统7(3)实现，以出射激光B（3）作为发射激光，发射激光耦合子系统7(3)首先将线偏振的发射激光改变为圆偏振态，再耦合进扫描激光传输光纤8(3)，光学天线9(3)在激光扫描系统中使用同一个光学通道，既进行激光发射又进行回波接收。大气散射回波被光学天线9(3)接收后，回波经扫描激光传输光纤8(3)回传到发射激光耦合子系统7(3)中，偏振态由圆偏振态再次改变为线偏振态，但此时回波的偏振方向与发射激光偏振方向相互垂直。所以，当接收回波进入紫外光开关6时，不会按原光路返回，将在紫外光开关6内部的偏振分束镜4透射后由与出射端口2(3)对应的另一出射端口2(7)输出，再通过接收激光耦合子系统10(3)耦合入回波激光传输光纤11，最后回传至信号处理系统。
在光学天线9(4)工作时，入射激光A经过紫外光开关6调制后，从出射端口2(4)输出出射激光，共光路收发激光的耦合、偏振分离、共轴收发由发射激光耦合子系统7(4)实现，以出射激光B（4）作为发射激光，发射激光耦合子系统7(4)首先将线偏振的发射激光改变为圆偏振态，再耦合进扫描激光传输光纤8(4)，光学天线9(4)在光轴扫描系统中使用同一个光学通道，既进行激光发射又进行回波接收。大气散射回波被光学天线9(4)接收后，回波经扫描激光传输光纤8(4)回传到发射激光耦合子系统7(4)中，偏振态由圆偏振态再次改变为线偏振态，但此时回波的偏振方向与发射激光偏振方向相互垂直。所以，当接收回波进入紫外光开关6时，不会按原光路返回，将在紫外光开关6内部的偏振分束镜4反射后由与出射端口2(3)对应的另一出射端口2(7)输出，再通过接收激光耦合子系统10(3)耦合入回波激光传输光纤11，最后回传至信号处理系统。
在本实施例中，上述共轴收发一体激光扫描系统可通过时序控制进行扫描切换。
在本实施例中，在共轴收发一体激光扫描系统中的第n个偏振分束镜4的两个出射端口2接收的回波通过同一个接收激光耦合子系统10和回波激光传输光纤11回传至信号处理系统，两者通过时序控制切换工作状态。
本实施例中，如图7所示，共轴收发一体激光扫描系统中的发射激光耦合子系统7包括依次设置的1/4波片7-1和耦合镜组7-2；1/4波片7-1用于调制激光的偏振态；耦合镜组7-2用于将激光耦合进扫描激光传输光纤8中，以及将回波信号准直。
在本发明实施例中的旁轴收发分立激光扫描系统中，发射激光耦合子系统7为发射激光耦合镜12，光学天线9包括发射天线13和接收天线14，且同一方向的接收天线14和发射天线13指向相同，位置相近；在该系统中，激光的收发分别由发射天线13和接收天线14分别承担。
本实施例中，旁轴收发分立激光扫描系统中的激光扫描过程为：每个出射端口2输出的出射激光B依次经发射激光耦合镜12、扫描激光传输光纤8、发射天线13后进行空间发射，通过接收天线14接收大气回波后经同一回波激光传输光纤11回传至信号处理系统。
在本实施例中，如图8所示，上述激光扫描系统的工作过程具体为：
在入射激光A经紫外光开关6从出射端口2(1)输出出射激光时，激光通过发射激光耦合镜12(1)将出射激光耦合镜扫描激光传输光纤8(1)中，扫描激光传输光纤8(1)尾部与发射天线13(1)直接相连，激光由发射天线13(1)进行空间发射，接收天线14(1)沿激光发射方向接收激光回波，并通过回波激光传输光纤11回传到信号处理系统。在入射激光A经紫外光开关6从出射端口2(2)输出出射激光时，激光通过发射激光耦合镜12(2)将出射激光耦合镜扫描激光传输光纤8(2)中，扫描激光传输光纤8(2)尾部与发射天线13(2)直接相连，激光由发射天线13(2)进行空间发射，接收天线14(2)沿激光发射方向接收激光回波，并通过回波激光传输光纤11回传到信号处理系统。在入射激光A经紫外光开关6从出射端口2(3)输出出射激光时，激光通过发射激光耦合镜12(3)将出射激光耦合镜扫描激光传输光纤8(3)中，扫描激光传输光纤8(3)尾部与发射天线13(3)直接相连，激光由发射天线13(3)进行空间发射，接收天线14(3)沿激光发射方向接收激光回波，并通过回波激光传输光纤11回传到信号处理系统。在入射激光A经紫外光开关6从出射端口2(4)输出出射激光时，激光通过发射激光耦合镜12(4)将出射激光耦合镜扫描激光传输光纤8(4)中，扫描激光传输光纤8(4)尾部与发射天线13(4)直接相连，激光由发射天线13(4)进行空间发射，接收天线14(4)沿激光发射方向接收激光回波，并通过回波激光传输光纤11回传到信号处理系统。
在本实施例中，上述旁轴收发分立激光系统可通过时序控制进行扫描切换。
在本发明实施例的多发一收激光扫描系统中，发射激光耦合子系统7为发射激光耦合镜12，光学天线9包括发射天线13和共用接收天线15；该系统通过多个发射天线13将激光沿空间不同方向发射，各方向激光回波接收均通过共用接收天线15完成。
本实施例中，上述多发一收激光扫描系统中的激光扫描过程为：每个出射端口2输出的出射激光依次经发射激光耦合镜12、扫描激光传输光纤8以及发射天线13后，经一个共用接收天线15及回波激光传输光纤11回传至信号处理系统。
在本实施例中，如图9所示，上述多发一收激光扫描系统的工作过程具体为：
入射激光A经紫外光开关6从出射端口2(1)输出出射激光时，激光通过发射激光耦合镜12(1)传输至扫描激光传输光纤8(1)，扫描激光传输光纤8(1)尾部与发射天线13(1)直接相连，激光由发射天线13(1)进行空间发射，共用接收天线15接收激光回波后进入回波激光传输光纤11，最后回传到信号处理系统。入射激光A经紫外光开关6从出射端口2(2)输出出射激光时，激光通过发射激光耦合镜12(2)传输至扫描激光传输光纤8(2)，扫描激光传输光纤8(2)尾部与发射天线13(2)直接相连，激光由发射天线13(2)进行空间发射，共用接收天线15接收激光回波后进入回波激光传输光纤11，最后回传到信号处理系统。入射激光A经紫外光开关6从出射端口2(3)输出出射激光时，激光通过发射激光耦合镜12(3)传输至扫描激光传输光纤8(3)，扫描激光传输光纤8(3)尾部与发射天线13(3)直接相连，激光由发射天线13(3)进行空间发射，共用接收天线15接收激光回波后进入回波激光传输光纤11，最后回传到信号处理系统。入射激光A经紫外光开关6从出射端口2(4)输出出射激光时，激光通过发射激光耦合镜12(4)传输至扫描激光传输光纤8(4)，扫描激光传输光纤8(4)尾部与发射天线13(4)直接相连，激光由发射天线13(4)进行空间发射，共用接收天线15接收激光回波后进入回波激光传输光纤11，最后回传到信号处理系统。
在本实施例中，上述多发一收激光扫描系统可通过时序控制进行扫描切换。

Claims (6)

1.一种激光扫描系统，其特征在于，包括紫外光开关（6）、发射激光耦合子系统（7）、扫描激光传输光纤（8）、光学天线（9）、接收激光耦合子系统（10）以及回波激光传输光纤（11）；
所述紫外光开关（6）用于发出多路出射激光至发射激光耦合子系统（7）；
所述发射激光耦合子系统（7）用于将接收的各路出射激光耦合至对应的扫描激光传输光纤（8）；
所述扫描激光传输光纤（8）的尾部与所述光学天线（9）连接，用于将各路出射激光传输至对应的光学天线（9）；
所述光学天线（9）用于对接收的各路出射激光进行空间发射，并接收空间大气散射光的回波传输至接收激光耦合子系统（10）；
所述接收激光耦合子系统（10）用于将接收的回波耦合至回波激光传输光纤（11）；
所述回波激光传输光纤（11）用于将回波回传至信号处理系统；
紫外光开关，包括入射端口（1）、n个电光效应发生装置（3）、n个偏振分束镜（4）、出射端口（2）以及电控驱动系统（5）；
入射激光依次通过入射端口（1）、电光效应发生装置（3）、偏振分束镜（4）以及出射端口（2）形成出射激光，所述电光效应发生装置（3）和偏振分束镜（4）交替设置，每个所述电光效应发生装置（3）的电压控制端均与电控驱动系统（5）的电压输出端连接；
其中，第1~n-1个偏振分束镜（4）的反射端设置有出射端口（2），第n个偏振分束镜（4）的反射端和透射端均设置有出射端口（2），所述入射端口（1）到每个所述出射端口（2）的通路均对应一条扫描光路，n为大于等于3的自然数；
所述电光效应发生装置（3）为普克尔盒；
所述紫外光开关通过级联方式扩展扫描光路数量，级联的紫外光开关数量N与出射激光通路数量M的关系为M=n*N+1；
所述激光扫描系统包括共轴收发一体激光扫描系统、旁轴收发分立激光扫描系统，以及多发一收激光扫描系统；
在所述共轴收发一体激光扫描系统中，所述发射激光耦合子系统（7）实现共光路收发激光的耦合、偏振分离，以及共轴收发；
在所述旁轴收发分立激光扫描系统中，所述发射激光耦合子系统（7）为发射激光耦合镜（12），所述光学天线（9）包括发射天线（13）和接收天线（14），且同一方向的接收天线（14）和发射天线（13）指向相同，位置相近；
在所述多发一收激光扫描系统中，发射激光耦合子系统（7）为发射激光耦合镜（12），光学天线（9）包括发射天线（13）和共用接收天线（15）。
2.根据权利要求1所述的激光扫描系统，其特征在于，
所述共轴收发一体激光扫描系统中的激光扫描过程为：
每个所述出射端口（2）输出的发射激光依次经对应的发射激光耦合子系统（7）、扫描激光传输光纤（8）以及光学天线（9）后进行空间发射，通过光学天线（9）同时接收大气散射回波，接收的回波依次经扫描激光传输光纤（8）、发射激光耦合子系统（7）和紫外光开关（6）后，由对应的出射端口（2）依次输出至接收激光耦合子系统（10）和回波激光传输光纤（11）回传至信号处理系统。
3.根据权利要求2所述的激光扫描系统，其特征在于，在所述紫外光开关（6）中，第n个偏振分束镜（4）的两个出射端口（2）接收的回波通过同一个接收激光耦合子系统（10）和回波激光传输光纤（11）回传至信号处理系统。
4.根据权利要求2所述的激光扫描系统，其特征在于，所述共轴收发一体激光扫描系统中的发射激光耦合子系统（7）包括依次设置的1/4波片（7-1）和耦合镜组（7-2）；
所述1/4波片（7-1）用于调制激光的偏振态；所述耦合镜组（7-2）用于空间激光与扫描激光传输光纤（8）的耦合。
5.根据权利要求1所述的激光扫描系统，其特征在于，
所述旁轴收发分立激光扫描系统中的激光扫描过程为：
每个所述出射端口（2）输出的出射激光依次经发射激光耦合镜（12）、扫描激光传输光纤（8）、发射天线（13）后进行空间发射，通过接收天线（14）接收大气散射回波后经同一回波激光传输光纤（11）回传至信号处理系统。
6.根据权利要求1所述的激光扫描系统，其特征在于，
所述多发一收激光扫描系统中的激光扫描过程为：
每个所述出射端口（2）输出的出射激光依次经发射激光耦合镜（12）、扫描激光传输光纤（8）以及发射天线（13）后进行空间发射，大气散射回波由一个共用接收天线（15）接收，然后经回波激光传输光纤（11）回传至信号处理系统。
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