CN204422748U - 基于大口径入射光束的纯转动拉曼测温激光雷达扩束系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型属于激光大气遥感领域，提供了一种基于大口径入射光束的纯转动拉曼测温激光雷达扩束系统。现有激光扩束系统在使用大口径入射光束情况下，抗光损阈值小，像差较大，准直效果不理想，大大限制了测温激光雷达的探测距离。本实用新型采用伽利略系统光路，包括一个目镜组和一个物镜组；目镜组为单个负弯月透镜，其凸面朝着入射光方向；物镜组由一个负弯月透镜和一个正双凸透镜组成，其中负弯月透镜的凸面朝着入射光方向；该扩束系统可精准实现8倍扩束，输出平行光束，可适用于口径值最大可达10mm的入射光束的情况；其结构简单，易于加工装调，有效减小球差，能量利用率高，准直效果好，可帮助测温激光雷达完成50-100公里的精确探测。
Description
技术领域
本实用新型属于激光大气遥感领域，尤其涉及一种基于大口径入射光束的纯转动拉曼测温激光雷达扩束系统。
背景技术
纯转动拉曼激光雷达测量大气温度属于光谱技术测温领域的一种雷达技术。该测温激光雷达通过提取纯转动谱线关于温度变化趋势相反的两根或两部分谱线，可以得到温度信息，对研究大气物理机制产生重要影响。
扩束系统是能够改变激光光束直径和发散角的透镜组件。在激光雷达发射系统中,从激光器发出的激光束具有一定的发散角，为了增大系统的作用距离,就要减小发射系统的发散角，可利用扩束系统压缩空间发散角来实现。
纯转动拉曼测温激光雷达往往采用大功率激光器作为发射光源，从而伴随着入射激光光束口径的增大。而目前现有的激光扩束系统针对的是小口径入射光束，其结构无法消除大口径入射光束所产生的像差，导致出射光束准直性差，能量利用率低，严重限制了测温激光雷达的探测高度以及精度。
实用新型内容
为了克服以上技术的不足，本实用新型提供了一种基于大口径入射光束的纯转动拉曼测温激光雷达扩束系统，用于激光工作波段为532nm的8倍定倍扩束，该系统能够有效减小轴上和轴外像差，结构简单易调，能量利用率高，能够达到测温激光雷达的探测要求。
本实用新型的技术解决方案是：本实用新型提供一种基于大口径入射光束的纯转动拉曼测温激光雷达扩束系统，包括沿光路方向依次排列的目镜组和物镜组。
所述目镜组为一个负弯月透镜，其凸面朝着入射光方向，通光口径为10mm。
所述物镜组包括沿光路方向依次排列的负弯月透镜和正双凸透镜，通光口径均为80mm，其中负弯月透镜凸面朝着入射光方向。
所述目镜组和物镜组间距可调；所述物镜组中的负弯月透镜与正双凸透镜间距固定不变。
所述纯转动拉曼测温激光雷达扩束系统具有固定扩束倍率，其倍率为8。
所述纯转动拉曼测温激光雷达扩束系统的工作波长为532nm。
所述目镜组透镜与物镜组透镜均镀有532nm高透膜，并采用K9玻璃材质。
所述目镜组负弯月透镜左曲率半径为1000.25mm，右曲率半径为27.86mm。
所述物镜组中负弯月透镜左曲率半径为757.86mm，右曲率半径为437.27mm。
所述物镜组中正双凸透镜左曲率半径为898.39mm，右曲率半径为232.65mm。
有益效果：对比现有扩束系统，本实用新型可适用于口径值最大可达10mm的入射光束的情况；采用双分离物镜组结构，大大减小了由于大口径入射光束所产生的像差；整个系统仅仅采用3片透镜，在高功率激光器工作条件下，可有效减少光能损失；该特殊设计结构已经考虑到二次反射像成像在镜片外部，提高了光损阈值。
附图说明
附图1是本实用新型中的扩束系统结构示意图；
附图2是本实用新型中的扩束系统光路示意图；
附图3是本实用新型中的扩束系统点列图；
附图4是本实用新型中的扩束系统波像差示意图；
附图标记：1-目镜组负弯月透镜、2-物镜组负弯月透镜、3-物镜组正双凸透镜。
具体实施方式
下面通过实施例，并结合附图，对本实用新型的技术方案作进一步具体的说明。
本实用新型提供一种基于大口径入射光束的纯转动拉曼测温激光雷达扩束系统，参阅图1，目镜组和物镜组沿光路方向依次排列，并在同一光轴上。目镜组由一个负弯月透镜组成，通光口径为10mm，中心厚度为2mm，凸面朝着入射光方向，相比凹面朝着入射光方向，可有效避免高功率激光会聚所引起的空气电离。物镜组由一个负弯月透镜和一个正双凸透镜沿光轴方向依次排列组成，其中负弯月透镜通光口径为80mm，中心厚度为7mm，凸面朝着入射光方向；正双凸透镜光口径为80mm，中心厚度为14mm。
三个透镜均是采用K9材料加工而成，并且镀有532nm高透膜，透光率高达99.7％。
根据纯转动拉曼测温激光雷达的总体要求：扩束系统的扩束倍率为8倍，入射光的口径为10mm，出射光的口径为80mm，入射光束发散角为500urad，出射光束发散角需达到62.5urad，波前差小于1/4λ，每个透镜的边缘留有4mm的装夹余量。入射激光光束经过短焦距目镜组，将高斯光束聚焦，以便获得极小的腰斑，然后经过长焦距物镜组，改善光束方向性，得到很好的准直效果。扩束系统参数如表1所示，扩束系统光路图如图2所示。该扩束系统结构简单，易于加工装调，球差小，能量利用率高，抗光损阈值高，准直效果好，可帮助测温激光雷达完成50-100公里的精确探测。
表1纯转动拉曼测温激光雷达扩束系统参数
在装调过程中，需保证透镜2与透镜3之间的中心间距固定不变，即镜面S4与镜面S5之间的中心间距保持5mm。如果出射光束质量不理想，此时可通过机械调节目镜组与物镜组的间距，使其中心间距在设计值附近进行微调，即镜面S2与镜面S3的中心间距在360mm附近进行微调，直至出射光束质量达到整形要求。
考虑到激光束是细光束，且发散角较小，因此该实用新型只需在球差与波像差两方面进行综合评价，其具体成像质量如下：
参阅图3，其为本实用新型中的扩束系统点列图。图中可以看出该系统在各个视场的弥散班均小于瑞利斑，且较高的光线密集程度反映了该系统的成像质量符合要求。
参阅图4，其为本实用新型中的扩束系统波像差示意图。波像差为0.0039个波长，远小于1/4个波长标准，满足纯转动拉曼测温激光雷达对扩束系统的设计要求。
本文中所描述的具体实施例仅仅是对本实用新型精神作举例说明。本实用新型所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本实用新型的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。
Claims (9)
1.一种基于大口径入射光束的纯转动拉曼测温激光雷达扩束系统，其特征在于：所述扩束系统包括沿光路方向依次排列的目镜组和物镜组；所述目镜组为一个负弯月透镜，通光口径为10mm；所述物镜组包括沿光路方向依次排列的负弯月透镜和正双凸透镜，通光口径均为80mm；所述目镜组和物镜组间距可调；所述物镜组中的负弯月透镜与正双凸透镜间距固定不变。
2.根据权利要求1所述的基于大口径入射光束的纯转动拉曼测温激光雷达扩束系统，其特征在于，所述测温激光雷达扩束系统具有固定扩束倍率，其倍率为8。
3.根据权利要求1所述的基于大口径入射光束的纯转动拉曼测温激光雷达扩束系统，其特征在于，所述两个弯月透镜的凸面均朝着激光入射方向。
4.根据权利要求1所述的基于大口径入射光束的纯转动拉曼测温激光雷达扩束系统，其特征在于，所述测温激光雷达扩束系统的工作波长为532nm。
5.根据权利要求1所述的基于大口径入射光束的纯转动拉曼测温激光雷达扩束系统，其特征在于，所述目镜组透镜与物镜组透镜均镀有532nm高透膜。
6.根据权利要求1所述的基于大口径入射光束的纯转动拉曼测温激光雷达扩束系统，其特征在于，所述透镜玻璃材质采用K9玻璃。
7.根据权利要求1所述的基于大口径入射光束的纯转动拉曼测温激光雷达扩束系统，其特征在于，所述目镜组负弯月透镜左曲率半径为1000.25mm，右曲率半径为27.86mm。
8.根据权利要求1所述的基于大口径入射光束的纯转动拉曼测温激光雷达扩束系统，其特征在于，所述物镜组中负弯月透镜左曲率半径为757.86mm，右曲率半径为437.27mm。
9.根据权利要求1所述的基于大口径入射光束的纯转动拉曼测温激光雷达扩束系统，其特征在于，所述物镜组中正双凸透镜左曲率半径为898.39mm，右曲率半径为232.65mm。
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