CN214623017U - 基于信标光的激光系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型的实施例公开一种基于信标光的激光系统，包括主激光光源、信标光光源、姿态调整机构、双色镜、角度可调反射部件、第一镜头、探测器和控制器；所述主激光光源与所述双色镜之间能形成光路；所述信标光光源与所述双色镜之间能形成光路；所述双色镜能使所述主激光光源发出的主激光与所述信标光光源发出的信标光合束为同轴光束，并照射至所述角度可调反射部件；所述角度可调反射部件能将来自所述双色镜的光反射至目标物；所述姿态调整机构能调整所述系统的至少一部分部件的姿态；所述控制器能基于从所述探测器接收到的信号对所述角度可调反射部件和所述姿态调整机构进行控制。本实用新型的实施例能适用于各种场景。

Description

基于信标光的激光系统

技术领域

本实用新型涉及激光技术领域，特别涉及一种基于信标光的激光系统及其控制方法。

背景技术

激光可以用于通信，比如在两个物体之间发射激光进行通信。目前的激光通信系统要求接收者反射激光的表面为镜面，这限制了激光通信的应用场景。

以上背景技术内容的公开仅用于辅助理解本实用新型的发明构思及技术方案，其并不必然属于本实用新型的现有技术，在没有明确的证据表明上述内容在本实用新型的申请日之前已经公开的情况下，上述背景技术不应当用于评价本实用新型的新颖性和创造性。

实用新型内容

本实用新型提出一种基于信标光的激光系统及其控制方法，能适用于各种场景。

在第一方面，本实用新型提供一种基于信标光的激光系统，包括主激光光源、信标光光源、姿态调整机构、双色镜、角度可调反射部件、第一镜头、探测器和控制器；

所述主激光光源与所述双色镜之间能形成光路；

所述信标光光源与所述双色镜之间能形成光路；

所述双色镜能使所述主激光光源发出的主激光与所述信标光光源发出的信标光合束为同轴光束，并照射至所述角度可调反射部件；

所述角度可调反射部件能将来自所述双色镜的光反射至目标物；

所述姿态调整机构能调整所述系统的至少一部分部件的姿态；

所述第一镜头能接收来自所述目标物的漫反射信标光并能将所述漫反射信标光送进所述探测器；

所述控制器能基于从所述探测器接收到的信号对所述角度可调反射部件和所述姿态调整机构进行控制。

在一些优选的实施方式中，还包括反射镜；

所述反射镜位于所述信标光光源和所述双色镜之间；或者，所述反射镜位于所述主激光光源和所述双色镜之间。

在一些优选的实施方式中，所述双色镜能将所述主激光光源发出的主激光反射至所述角度可调反射部件；所述信标光光源发出的信标光能透射所述双色镜到达所述角度可调反射部件。

在一些优选的实施方式中，所述双色镜能将所述信标光光源发出的信标光反射至所述角度可调反射部件；所述主激光光源发出的主激光能透射所述双色镜到达所述角度可调反射部件。

在一些优选的实施方式中，还包括能对来自所述角度可调反射部件的光进行扩束或者聚焦的第二镜头。

在一些优选的实施方式中，所述第二镜头为扩束镜头或者为聚焦镜头。

在一些优选的实施方式中，还包括能对所述主激光光源进行调制的调制器。

在一些优选的实施方式中，所述角度可调反射部件的具体形式包括振镜和偏摆镜。

在一些优选的实施方式中，所述振镜的具体形式包括一维扫描振镜和二维扫描振镜。

在一些优选的实施方式中，所述姿态调整机构的具体形式包括：基于转台的姿态调整机构，或者基于飞轮的姿态调整机构。

在一些优选的实施方式中，所述第一镜头为能让所述信标光光源发出的信标光透过而阻挡所述主激光光源发出的激光的镜头。

在一些优选的实施方式中，所述探测器的具体形式包括图像传感器和位置传感器。

在一些优选的实施方式中，所述图像传感器的具体形式包括电荷耦合元件图像传感器、互补金属氧化物半导体图像传感器和增强型电荷耦合元件图像传感器。

在一些优选的实施方式中，所述位置传感器的具体形式包括位置敏感器件位置传感器。

在第二方面，本实用新型提供一种基于信标光的激光系统的控制方法，所述系统包括主激光光源、信标光光源、姿态调整机构、双色镜、角度可调反射部件、第一镜头和探测器；

所述方法包括反馈控制和主激光控制；

所述反馈控制包括：

所述信标光光源发出的信标光经由所述双色镜传播至所述角度可调反射部件，由所述角度可调反射部件将所述信标光反射至目标物；

所述姿态调整机构调整所述系统的至少一部分部件的姿态，使得来自所述目标物的漫反射信标光由所述第一镜头接收并送进所述探测器；

所述角度可调反射部件进行角度调整使得来自所述目标物的漫反射信标光进入所述探测器的指定位置；

若所述角度可调反射部件的偏摆角度大于预设值，所述姿态调整机构调整所述系统的至少一部分部件的姿态，在使得来自所述目标物的漫反射信标光进入所述探测器的指定位置的前提下减小所述角度可调反射部件的偏摆角度；

所述主激光控制包括：

所述主激光光源发出主激光，经由所述双色镜将所述主激光与所述信标光形成同轴传播并传播至所述角度可调反射部件，由所述角度可调反射部件将所述激光反射至所述目标物；

其中，所述主激光控制执行时所述反馈控制仍然持续工作。

在一些优选的实施方式中，所述主激光光源发出的主激光的波长与所述信标光光源发出的信标光的波长不相同。

在一些优选的实施方式中，所述主激光光源发出的主激光的波长大于所述信标光光源发出的信标光的波长。

与现有技术相比，本实用新型的实施例的有益效果包括：

主激光光源发出的激光照射至双色镜，信标光光源发出的信标光也照射至双色镜，双色镜使主激光光源发出的激光与信标光光源发出的信标光同轴后照射至角度可调反射部件，角度可调反射部件将来自双色镜的光反射至目标物，第一镜头接收来自目标物的漫反射信标光并将漫反射信标光送进至探测器，控制器基于从探测器接收到的信号对角度可调反射部件和姿态调整机构进行控制，从而对信标光光源发出的信标光的方向进行调整；如此，能利用信标光为主激光进行指引，能适用于各种场景。

附图说明

图1为本实用新型一个实施例的基于信标光的激光系统的结构示意图；

图2为本实用新型一个实施例的基于信标光的激光系统的控制方法的流程示意图；

图3为本实用新型一个实施例的基于信标光的激光系统的一种变型方式的结构示意图；

图4为本实用新型一个实施例的基于信标光的激光系统的另一种变型方式的结构示意图。

具体实施方式

为了使本实用新型的实施例所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合图1至图4及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者间接在该另一个元件上。当一个元件被称为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或间接连接至该另一个元件上。另外，连接即可以是用于固定作用也可以是用于电路连通作用。

需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“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实用新型实施例和简化描述，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实用新型的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多该特征。在本实用新型实施例的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

本实施例提供一种基于信标光的激光系统及其控制方法。本实施例的控制方法通过本实施例的激光系统来实现。其中，本实施例的激光系统也可称为跟瞄系统。

参考图1，本实施例的基于信标光的激光系统包括主激光光源1、信标光光源2、姿态调整机构3、双色镜4、角度可调反射部件5、第一镜头6、探测器7、控制器8和反射镜9。

主激光光源1用于发射主激光。其中，主激光可以用于通信，也可以用于毁伤。用于通信的主激光为通信光；用于毁伤的主激光为毁伤光。

信标光光源2用于发射信标光。

姿态调整机构3用于调整基于信标光的激光系统的至少一部分部件的姿态，比如调整角度可调反射部件5的姿态；在其他实施例中，姿态调整机构3调整整个基于信标光的激光系统的姿态，使得整个基于信标光的激光系统的空间位置发生变化，比如在X、Y和Z方向上的位置发生变化。姿态调整机构3可以是三维调整机构，也可以是二维调整机构。具体而言，姿态调整机构3可以是基于转台的姿态调整机构，也可以是基于飞轮的姿态调整机构。其中，基于转台的姿态调整机构的底座是固定的，比如安装在舰船上；基于飞轮的姿态调整机构的底座是活动的，比如安装在飞机上，依靠动量守恒实现姿态调整。

双色镜4能对一种光进行反射，对另一种光进行透射。主激光光源1与双色镜4之间能形成光路。信标光光源2与双色镜4之间能形成光路。双色镜4能使主激光光源1发出的激光与信标光光源2发出的信标光同轴后照射至角度可调反射部件5。

角度可调反射部件5用于通过对自身的角度进行调整将光反射至指定位置，实现调整光的出射角度。在本实施例中，角度可调反射部件5为振镜；在其他实施例中，角度可调反射部件5为偏摆镜。振镜5也可称为振镜系统。振镜5自身具有姿态调整单元，能对光的照射方向进行调整。振镜5为扫描振镜。在本实施例中，振镜5为一维扫描振镜。在其他实施例中，振镜5为二维扫描振镜。

反射镜9起到光路转折的作用，比如将信标光光源2发出的信标光反射至双色镜4。

在信标光光源2发出的信标光的前进方向200上先后设置有反射镜9、双色镜4和角度可调反射部件5。其中，前进方向200可以是曲折的。参考图1，在前进方向200上，反射镜9位于信标光光源2之后，双色镜4位于反射镜9之后，角度可调反射部件5位于双色镜4之后。如此，从信标光光源2发出的信标光先到达反射镜9，然后是双色镜4，角度可调反射部件5将来自双色镜4的信标光反射至目标物100。

值得说明的是，反射镜9是可选的，比如信标光光源2直接将信标光传播至双色镜4。

主激光光源1与信标光光源2共用双色镜4和角度可调反射部件5。如此，主激光光源1发出的主激光也能经由角度可调反射部件5反射至目标物。

参考图1，在本实施例中，双色镜4对主激光光源1发出的主激光进行反射，对信标光光源2发出的信标光进行透射。如此，双色镜4能将主激光光源1发出的主激光反射至角度可调反射部件5，信标光光源2发出的信标光经过反射镜9后透过双色镜4照射在角度可调反射部件5的表面。在其他实施例中，双色镜4对信标光光源2发出的信标光进行反射，对主激光光源1发出的主激光进行透射；如此，双色镜4将信标光光源2发出的信标光反射至角度可调反射部件5，主激光光源1发出的主激光则透射双色镜4到达角度可调反射部件5。

参考图1，双色镜4是与水平方向成第一指定夹角比如45°夹角而设置的。在信标光光源2和双色镜5之间设置有反射镜9。反射镜9起到光路转折的作用，将从信标光光源2出射的信标光反射至双色镜4。反射镜9与水平方向所成的第二指定夹角与前述第一指定夹角相等，使得信标光光源2发出的信标光能与主激光光源1发出的激光合成一束合束光300向前传播，照射至目标物200。在其他实施例中，反射镜9位于主激光光源2和双色镜5之间。

信标光光源2发出的信标光照射在目标物上，会由目标物以漫反射的形式反射回来。第一镜头6则接收来自目标物的漫反射信标光并将漫反射信标光照射至探测器7。

第一镜头6是能让信标光光源2发出的信标光透过而阻挡主激光光源1发出的主激光的镜头。在其他实施例中，第一镜头6为能让信标光光源2发出的信标光和主激光光源1发出的主激光均透过的镜头。

探测器7能测量由第一镜头6聚焦的信标光的照射位置。探测器7可以是图像传感器、位置传感器、或其他可探测光斑位置信息的探测器。其中，图像传感器能基于接收到的光形成图形；图像传感器具体可以是CCD(Charge-coupled Device，电荷耦合元件)图像传感器、增强型CCD或者CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor，互补金属氧化物半导体)图像传感器；位置传感器具体可以是PSD(Position Sensitive Detector，位置敏感器件)位置传感器。探测器7能基于探测到的光产生信号并将该信号发送给控制器8。

控制器8基于从探测器7接收到的信号对振镜5和姿态调整机构3进行控制。

根据上述可知，主激光光源1发出的主激光照射至双色镜4，信标光光源2发出的信标光也照射至双色镜4；双色镜4使主激光光源1发出的激光与信标光光源2发出的信标光形成同轴传播并传播至振镜5，由振镜5将来自双色镜4的合束光300照射至目标物200；第一镜头6接收来自目标物200的漫反射信标光并将漫反射信标光送进探测器7；其中，第一镜头6将漫反射信标光聚焦于探测器7，探测器7则测量漫反射信标光的聚焦位置并产生信号；控制器8基于从探测器7接收到的信号对振镜5和姿态调整机构3进行控制，从而对信标光光源2发出的信标光的方向进行调整；如此，能利用信标光为主激光进行指引，能适用于各种场景。

下面结合本实施例的控制方法和激光系统对本实施例进行说明。

参考图2，本实施例的基于信标光的激光系统的控制方法包括反馈控制A10和主激光控制A20。

反馈控制A10包括步骤A1至步骤A14。

步骤A11、信标光光源2发出的信标光经由双色镜4传播至振镜5，由振镜5将信标光反射至目标物100。

具体可以是由控制器8控制信标光光源2发出信标光。其中，信标光光源2发出的信标光由反射镜9照射至双色镜4的透射面41，信标光透过双色镜4照射在振镜5的表面。

步骤A12、姿态调整机构3调整系统的至少一部分部件的姿态，使得来自目标物100的漫反射信标光由第一镜头6接收并送进探测器7。

在本实施例中，系统的至少一部分部件为振镜5。振镜5安装在姿态调整机构3上。由控制器8控制姿态调整机构3对振镜5的姿态进行调整。其中，姿态调整机构3对振镜5进行的是粗姿态调整，实现对目标物100的粗跟踪。

步骤A13、振镜5进行角度调整使得来自目标物的漫反射信标光进入探测器7的指定位置。

振镜5具有能实现自身角度调整的机构。振镜5比如二维振镜能在一定幅度范围内实现自身角度的调整，该调整为细姿态调整，实现对目标物100的细跟踪。由控制器8控制振镜5进行自身角度调整；具体而言，探测器7基于探测到的来自目标物100的漫反射信标光产生信号并将该信号发送给控制器8；控制器8基于从探测器7接收到的信号获取光斑在探测器7上的位置；如果漫反射信标光的光斑不在探测器7的指定位置比如中心，则控制振镜5进行自身角度调整将光斑调整至位于探测器7的中心。

步骤A14、若振镜5的偏摆角度大于预设值，姿态调整机构3调整系统的至少一部分部件的姿态，在使得来自目标物100的漫反射信标光进入探测器7的指定位置的前提下减小振镜5的偏摆角度。

步骤A11至步骤A13是一个持续反馈控制的过程。在持续反馈控制的过程中，控制器8与振镜5进行通信，获取振镜5的偏摆角度信息，对振镜5的偏摆角度时刻做出判断。当振镜5的偏摆角度大于预设值时，振镜5实施细跟踪会受到限制，此时控制器8控制姿态调整机构3来调整振镜5的姿态，在保证第一镜头6对目标物100的成像光斑保持在探测器7中心的前提下，减小振镜5的偏摆角度；也即调整粗调整机构(姿态调整机构3)，缩小精调整机构(振镜5)的调整幅度。

主激光控制A20包括：主激光光源1发出主激光，经由双色镜4将激光与信标光进行同轴后传播至振镜5，由振镜5将主激光照射至目标物100。

此时，主激光与信标光形成同轴传播，照射在目标物100的同一个位置。

主激光光源1发出的主激光是照射在双色镜4的反射面42上。

其中，主激光控制A20执行时反馈控制A10仍然持续工作，以实现与目标物100进行通信或者实现对目标物100进行打击，也就是说主激光光源1发出的激光可以是通信光，也可以是毁伤光。

主激光光源1发出的激光波长与信标光光源2发出的信标光的波长不相同。假设信标光的波长为λ1，主激光的波长为λ2，那么λ1≠λ2。优选的λ1<λ2，也就是主激光光源1发出的激光波长λ2大于信标光光源2发出的信标光的波长λ1。

参考图3，如果将本实施例的基于信标光的激光系统用于通信，而来自振镜5的准直光的口径比较小，则还需在振镜5和目标物100之间设置能对来自振镜5的光进行扩束的第二镜头10；在这种情况下，第二镜头10为扩束镜头。如果来自振镜5的准直光的口径比较大，则可不用设置第二镜头10。

参考图3，对于通信的场景,还可以设置能对主激光光源1进行调制的调制器11。由控制器8控制调制器11对主激光光源1进行调制，从而实现激光通信。

参考图4，如果将本实施例的基于信标光的激光系统用于毁伤，在可在振镜5和目标物100之间设置能对来自振镜5的光进行聚焦的第二镜头10；在这种情况下，第二镜头10为聚焦镜头。

根据上述可知，信标光光源2发出的信标光经由双色镜4传播至振镜5，由振镜5将信标光反射至目标物100，通过对振镜5和姿态调整机构3的持续反馈控制，使得来自目标物100的漫反射信标光进入探测器7的指定位置比如中心；基于振镜5的偏摆角度信息，控制姿态调整机构3来调整振镜5的姿态，在保证第一镜头6对目标物100的成像光斑保持在探测器7中心的前提下，减小振镜5的偏摆角度；然后，主激光光源1发出主激光，由双色镜4将主激光与信标光合束为同轴光束后传播至振镜5，由振镜5将合束后的光束共同照射至目标物100；主激光发出后，前述反馈控制仍然持续工作；如此，能有效对目标物100进行持续跟踪，能与目标物保持联络直至完成任务。

上述实施例主要通过空间光路实现持续跟踪，能适用于各种场景，便于实施且成本低。

本实施例的控制方法的各个步骤的顺序是灵活的，各个步骤的顺序变化而形成的技术方案均包含在本实施例的保护范围之内。

本领域的技术人员可以理解实施例方法中的全部或部分流程可以由计算机程序来命令相关的硬件完成，程序可存储于计算机可读取存储介质中，程序在执行时，可包括如各方法实施例的流程。而前述的存储介质包括：ROM或随机存储记忆体RAM、磁碟或者光盘等各种可存储程序代码的介质。

以上内容是结合具体/优选的实施方式对本实用新型所作的进一步详细说明，不能认定本实用新型的具体实施只局限于这些说明。对于本实用新型所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，其还可以对这些已描述的实施方式做出若干替代或变型，而这些替代或变型方式都应当视为属于本实用新型的保护范围。

Claims (10)

1.一种基于信标光的激光系统，其特征在于：包括主激光光源、信标光光源、姿态调整机构、双色镜、角度可调反射部件、第一镜头、探测器和控制器；

所述主激光光源与所述双色镜之间能形成光路；

所述信标光光源与所述双色镜之间能形成光路；

所述双色镜能使所述主激光光源发出的主激光与所述信标光光源发出的信标光合束为同轴光束，并照射至所述角度可调反射部件；

所述角度可调反射部件能将来自所述双色镜的光反射至目标物；

所述姿态调整机构能调整所述系统的至少一部分部件的姿态；

所述第一镜头能接收来自所述目标物的漫反射信标光并能将所述漫反射信标光送进所述探测器；

所述控制器能基于从所述探测器接收到的信号对所述角度可调反射部件和所述姿态调整机构进行控制。

2.根据权利要求1所述系统，其特征在于，

还包括反射镜；

所述反射镜位于所述信标光光源和所述双色镜之间；或者，所述反射镜位于所述主激光光源和所述双色镜之间。

3.根据权利要求1所述系统，其特征在于：所述双色镜能将所述主激光光源发出的主激光反射至所述角度可调反射部件；所述信标光光源发出的信标光能透射所述双色镜到达所述角度可调反射部件。

4.根据权利要求1所述系统，其特征在于：所述双色镜能将所述信标光光源发出的信标光反射至所述角度可调反射部件；所述主激光光源发出的主激光能透射所述双色镜到达所述角度可调反射部件。

5.根据权利要求1所述系统，其特征在于：还包括能对来自所述角度可调反射部件的光进行扩束或者聚焦的第二镜头。

6.根据权利要求5所述系统，其特征在于：所述第二镜头为扩束镜头或者为聚焦镜头。

7.根据权利要求1所述系统，其特征在于：还包括能对所述主激光光源进行调制的调制器。

8.根据权利要求1所述系统，其特征在于：所述角度可调反射部件的具体形式包括振镜和偏摆镜；所述振镜的具体形式包括一维扫描振镜和二维扫描振镜。

9.根据权利要求1所述系统，其特征在于，所述姿态调整机构的具体形式包括：基于转台的姿态调整机构，或者基于飞轮的姿态调整机构。

10.根据权利要求1所述系统，其特征在于：所述第一镜头为能让所述信标光光源发出的信标光透过而阻挡所述主激光光源发出的激光的镜头；所述探测器的具体形式包括图像传感器和位置传感器；所述图像传感器的具体形式包括电荷耦合元件图像传感器、互补金属氧化物半导体图像传感器和增强型电荷耦合元件图像传感器；所述位置传感器的具体形式包括位置敏感器件位置传感器。

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