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一种共孔径激光测距机

阅读：905发布：2020-05-13

专利汇可以提供一种共孔径激光测距机专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明公开了一种共孔径激光测距机，包括集成光纤组件和综合控制电路，集成光纤组件分别设置有集成光纤组件第一端口、集成光纤组件第二端口和集成光纤组件第三端口，集成光纤组件第一端口、集成光纤组件第二端口和集成光纤组件第三端口上分别连接有激光器、光纤准直器和光电探测器，激光器和光电探测器分别与综合控制电路相连接，集成光纤组件第二端口与光纤准直器之间设置有单模无源双包层光纤；本发明采用集成光纤组件和光纤准直器共同构成的光纤链路，作为测距机的激光信号收发光路，相比于目前的激光测距机，没有采用空间光学器件，不需要复杂的光轴平行性调试，具有稳定性好、可靠性高、结构紧凑、便于系统集成等特点，可广泛应用于需要高度集成的光电探测系统。，下面是一种共孔径激光测距机专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种共孔径激光测距机，其特征在于：包括集成光纤组件（1）和综合控制电路（13），所述的集成光纤组件（1）分别设置有集成光纤组件第一端口（101）、集成光纤组件第二端口（102）和集成光纤组件第三端口（103），所述的集成光纤组件第一端口（101）、集成光纤组件第二端口（102）和集成光纤组件第三端口（103）上分别连接有激光器（8）、光纤准直器（4）和光电探测器（5），所述的激光器（8）和光电探测器（5）分别与综合控制电路（13）相连接，所述的集成光纤组件第二端口（102）与光纤准直器（4）之间设置有第二尾纤（2），所述的集成光纤组件（1）包括壳体（010）和设置在壳体（010）内沿光轴方向依次设置的第一单芯光纤准直器（011）、第一透镜（013）和第一宽带消偏振分光/合光棱镜（01），所述的壳体（010）内位于第一宽带消偏振分光/合光棱镜（01）后方沿透射光光轴方向依次设置有第一双折射晶体（02）、法拉第旋转片（03）、相位旋转波片（04）、第二双折射晶体（05）、第二透镜（023）和第二单芯光纤准直器（021），所述的壳体（010）内位于第一宽带消偏振分光/合光棱镜（01）侧方沿反射光光轴方向依次设置有第二宽带消偏振分光/合光棱镜（09）、第三透镜（033）和第三单芯光纤准直器（031），所述的第一宽带消偏振分光/合光棱镜（01）与第一双折射晶体（02）之间沿偏振光的光轴方向还设置有第一棱镜（06）、偏振分光/合光棱镜（07）和第二棱镜（08），所述的第一单芯光纤准直器（011）和第三单芯光纤准直器（031）上分别设置有延伸出壳体（010）外的第一尾纤（012）和第三尾纤（032），所述的第二尾纤（2）设置在第二单芯光纤准直器（021）上。
2.根据权利要求1所述的一种共孔径激光测距机，其特征在于，所述的激光器（8）和光电探测器（5）通过光纤适配器或光纤熔接的方式分别连接在集成光纤组件第一端口（101）和集成光纤组件第三端口（103）上，所述的光纤准直器（4）通过FC/APC、SC/APC、LC/APC、SMA905或者光纤熔接的方式连接到集成光纤组件第二端口（102）上。
3.根据权利要求2所述的一种共孔径激光测距机，其特征在于，所述的激光器（8）采用
300 2000nm波段内的光纤耦合式半导体激光器或光纤耦合式固体激光器。
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4.根据权利要求3所述的一种共孔径激光测距机，其特征在于，所述的光电探测器（5）采用光纤耦合式或带光纤适配器接口的PIN或APD光电二极管。
5.根据权利要求4所述的一种共孔径激光测距机，其特征在于，所述的光纤准直器（4）的镜头口径为20 80mm，焦距为30 150mm。
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说明书全文

一种共孔径激光测距机

技术领域

[0001] 本发明属于激光测距技术领域，具体涉及一种共孔径激光测距机。

背景技术

[0002] 目前，激光测距机所用的光学系统主要有收发分离式窗口和共孔径两种。收发分离式窗口的激光测距机，需要复杂的光轴平行性调试，由于大量采用空间光学器件，在恶劣环境下容易出现失调，光轴稳定性差，同时体积较大，不利于系统集成。而共孔径的激光测距机，一般采用刮刀镜实现分光，因受限于刮刀镜的遮拦比不能太大，导致有效接收口径较小，影响作用距离的提升，且由于大量采用空间光学器件，同样存在环境稳定性差的缺点。

发明内容

[0003] 本发明的目的在于根据现有技术的不足，设计一种稳定性好、可靠性高、结构紧凑、便于系统集成的共孔径激光测距机。

[0004] 本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种共孔径激光测距机，包括集成光纤组件和综合控制电路，所述的集成光纤组件分别设置有集成光纤组件第一端口、集成光纤组件第二端口和集成光纤组件第三端口，所述的集成光纤组件第一端口、集成光纤组件第二端口和集成光纤组件第三端口上分别连接有激光器、光纤准直器和光电探测器，所述的激光器和光电探测器分别与综合控制电路相连接，所述的集成光纤组件第二端口与光纤准直器之间设置有第二尾纤，所述的集成光纤组件包括壳体和设置在壳体内沿光轴方向依次设置的第一单芯光纤准直器、第一透镜和第一宽带消偏振分光/合光棱镜，所述的壳体内位于第一宽带消偏振分光/合光棱镜后方沿透射光光轴方向依次设置有第一双折射晶体、法拉第旋转片、相位旋转波片、第二双折射晶体、第二透镜和第二单芯光纤准直器，所述的壳体内位于第一宽带消偏振分光/合光棱镜侧方沿反射光光轴方向依次设置有第二宽带消偏振分光/合光棱镜、第三透镜和第三单芯光纤准直器，所述的第一宽带消偏振分光/合光棱镜与第一双折射晶体之间沿偏振光的光轴方向还设置有第一棱镜、偏振分光/合光棱镜和第二棱镜，所述的第一单芯光纤准直器和第三单芯光纤准直器上分别设置有延伸出壳体外的第一尾纤和第三尾纤，所述的第二尾纤设置在第二单芯光纤准直器上。

[0005] 所述的激光器和光电探测器通过光纤适配器或光纤熔接的方式分别连接在集成光纤组件第一端口和集成光纤组件第三端口上，所述的光纤准直器通过FC/APC、SC/APC、LC/APC、SMA905或者光纤熔接的方式连接到集成光纤组件第二端口上

[0006] 所述的激光器采用300 2000nm波段内的光纤耦合式半导体激光器、光纤耦合式固~体激光器或光纤激光器。

[0007] 所述的光电探测器采用光纤耦合式或带光纤适配器接口的PIN或APD光电二极管。

[0008] 所述的光纤准直器的镜头口径为20 80mm，焦距为30 150mm。~ ~

[0009] 本发明的有益效果是：

[0010] 本发明采用集成光纤组件和光纤准直器共同构成的光纤链路，作为测距机的激光信号收发光路，相比于目前的激光测距机，没有采用空间光学器件，不需要复杂的光轴平行性调试，具有稳定性好、可靠性高、结构紧凑、便于系统集成等特点，可广泛应用于需要高度集成的光电探测系统。附图说明

[0011] 图1是传统光纤链路示意图；

[0012] 图2是本发明集成光纤组件的示意图；

[0013] 图3是本发明集成光纤组件的光路示意图；

[0014] 图4是本发明的结构示意图。

[0015] 各附图标记为：101—集成光纤组件第一端口，102—集成光纤组件第二端口，103—集成光纤组件第三端口，001—高功率光纤环形器第一端口，002—高功率光纤环形器第二端口，003—高功率光纤环形器第三端口，1—集成光纤组件，2—第二尾纤，3—第一光纤适配器，4—光纤准直器，5—光电探测器，6—第二光纤适配器，7—第二光纤，8—激光器，
9—第三光纤适配器，10—第三光纤，11—第二电缆，12—第三电缆，13—综合控制电路，
14—低功率1×2光纤耦合器，15—高功率1×2光纤耦合器，16—高功率光纤环形器，01—第一宽带消偏振分光/合光棱镜，02—第一双折射晶体，03—法拉第旋转片，04—相位旋转波片，05—第二双折射晶体，06—第一棱镜，07—偏振分光/合光棱镜，08—第二棱镜，09—第二宽带消偏振分光/合光棱镜，010—壳体，011—第一单芯光纤准直器，012—第一尾纤，
013—第一透镜，021—第二单芯光纤准直器，023—第二透镜，031—第三单芯光纤准直器，
032—第三尾纤，033—第三透镜。

具体实施方式

[0016] 下面结合附图对本发明作进一步详细说明。

[0017] 参照图1至图4所示，本发明公开了一种共孔径激光测距机，包括集成光纤组件1和综合控制电路13，所述的集成光纤组件1分别设置有集成光纤组件第一端口101、集成光纤组件第二端口102和集成光纤组件第三端口103，所述的集成光纤组件第一端口101、集成光纤组件第二端口102和集成光纤组件第三端口103上分别连接有激光器8、光纤准直器4和光电探测器5，所述的激光器8和光电探测器5分别与综合控制电路13相连接，所述的集成光纤组件第二端口102与光纤准直器4之间设置有第二尾纤2。

[0018] 所述的集成光纤组件第一端口101与激光器8之间和集成光纤组件第三端口103与光电探测器5之间分别设置有第三光纤10和第二光纤7，所述的激光器8和光电探测器5与综合控制电路13之间分别设置有第三电缆12和第二电缆11。所述的第二尾纤2与光纤准直器4之间设置有第一光纤适配器3，所述的光电探测器5与第二光纤7之间设置有第二光纤适配器6，所述的激光器8和第三光纤10之间设置有第三光纤适配器9。

[0019] 所述的激光器8采用300 2000nm波段内的光纤耦合式半导体激光器、光纤耦合式~固体激光器或光纤激光器。可实现近红外波段、重复频率1Hz 100MHz、单脉冲能量1nJ~ ~
10J、脉冲宽度1ps 1μs的激光输出，所述的激光器8的尾纤为单模光纤或多模光纤，通过光~
纤适配器或光纤熔接的方式连接在集成光纤组件第一端口101上。

[0020] 所述的光电探测器5采用InGaAs或Si的PIN或APD 光电二极管，光纤耦合式或带光纤适配器接口，通过光纤熔接或光纤适配器的方式连接在集成光纤组件第三端口103上。

[0021] 所述的第二尾纤2采用300nm 2000nm波段单模无源双包层光纤，玻璃管或者钢管~封装。

[0022] 所述的光纤准直器4的镜头口径为20 80mm，焦距为30 150mm。所述的光纤准直器4~ ~通过FC/APC、SC/APC、LC/APC、SMA905或者光纤熔接的方式连接到集成光纤组件第二端口
102上，可实现对激光器8输出激光的准直和发散角压缩，同时将空间散射光聚焦耦合到光纤中。

[0023] 所述的综合控制电路13，主要具备以下功能：1）接收上位机的测距指令；2）实现对激光器8的使能控制；3）采集并处理光电探测器5探测到的激光信号，并进行距离解析；4）将解析出来的距离数据通过串口发送给上位机。

[0024] 参照图1所示，传统光纤链路包括低功率1×2光纤耦合器14、高功率1×2光纤耦合器15、高功率光纤环形器16和光纤准直器4，所述的低功率1×2光纤耦合器14连接在高功率光纤环形器第三端口003上，所述的高功率1×2光纤耦合器15连接在高功率光纤环形器第一端口001上，所述的光纤准直器4连接在高功率光纤环形器第二端口002上。

[0025] 参照图1至图3所示，所述的集成光纤组件1属于自主研发的集成器件，通过优化内部光路设计，将高功率1×2光纤耦合器15、高功率光纤环形器16、低功率1×2光纤耦合器14这三个器件进行高效集成，与由高功率1×2光纤耦合器15+高功率光纤环形器16+低功率1×2光纤耦合器14构成的传统光纤链路相比，具有结构简单紧凑、环境稳定性高、插入损耗小、易于系统集成等优点；同时第二尾纤2采用300nm 2000nm波段的单模无源双包层光纤，~激光器8输出的单模激光经过集成光纤组件1，由于是在单模无源双包层光纤的单模纤芯中传输，可以保持单模特性，再经光纤准直器4，压缩到较小的发散角输出；而单模无源双包层光纤的内包层能够传输多模激光，那么，空间散射光经光纤准直器4聚焦后，能够进入接收视场角较大的集成光纤组件1的集成光纤组件第二端口102。

[0026] 参照图3所示，所述的集成光纤组件1包括壳体010和设置在壳体010内沿光轴方向依次设置的第一单芯光纤准直器011、第一透镜013和第一宽带消偏振分光/合光棱镜01，所述的壳体010内位于第一宽带消偏振分光/合光棱镜01后方沿透射光光轴方向依次设置有第一双折射晶体02、法拉第旋转片03、相位旋转波片04、第二双折射晶体05、第二透镜023和第二单芯光纤准直器021，所述的壳体010内位于第一宽带消偏振分光/合光棱镜01侧方沿反射光光轴方向依次设置有第二宽带消偏振分光/合光棱镜09、第三透镜033和第三单芯光纤准直器031，所述的第一宽带消偏振分光/合光棱镜01与第一双折射晶体02之间沿偏振光的光轴方向还设置有第一棱镜06、偏振分光/合光棱镜07和第二棱镜08，所述的第一单芯光纤准直器011和第三单芯光纤准直器031上分别设置有延伸出壳体010外的第一尾纤012和第三尾纤032，所述的第二尾纤2设置在第二单芯光纤准直器021上。当集成光纤组件1作为一个器件使用时，所述的第一尾纤012、第二尾纤2和第三尾纤032 分别承担集成光纤组件第一端口101、集成光纤组件第二端口102和集成光纤组件第三端口103的功能。

[0027] 所述的第一宽带消偏振分光/合光棱镜01和第二宽带消偏振分光/合光棱镜09是首先通过在直角棱镜的斜面进行镀制多层干涉膜，然后胶合成的一个立方体结构，使入射光的两个偏振分量具有相似的分光特性，其波长范围覆盖300nm 2000nm，分光比为R：（1-~R），其中0.001≤R<1。

[0028] 所述的第一棱镜06和第二棱镜08均为直角棱镜或45°反射镜，对300nm 2000nm波~段内的光能够全部反射，实现光路90o转折。

[0029] 所述的偏振分光/合光棱镜07包括立方体壳体和设置在立方体壳体内的直角棱镜，所述的直角棱镜采用光学玻璃、石英玻璃或碱金属卤化物晶体，所述的立方体壳体沿光轴方向设置有开口，所述的偏振分光/合光棱镜07能将一束光分成两束偏振态相互垂直的线偏振光，或将两束偏振态相互垂直的线偏振光合束成一束光，其波长范围覆盖300nm~2000nm。

[0030] 所述的第一双折射晶体02和第二双折射晶体05采用冰洲石、石英晶体、红宝石或钒酸钇晶体，所述的第一双折射晶体02和第二双折射晶体05使光束在空气和其晶体的交界处能被分成两个正交偏振光的O光和E光，其中O光直接通过双折射晶体，而E光偏转一定角度通过双折射晶体。

[0031] 所述的法拉第旋转片03和相位旋转波片04，当O光和E光，从发射方向（从左往右）依次经过法拉第旋转片03和相位旋转波片04时，逆时针旋转45o+45o=90o，发生O光和E光的转换；当O光和E光，从接收方向（从右往左）依次经过相位旋转波片04和法拉第旋转片03时，逆时针旋转45o-45o=0o，未发生O光和E光的转换。

[0032] 所述的第一单芯光纤准直器011、第二单芯光纤准直器021、第三单芯光纤准直器031、第一透镜013、第二透镜023和第三透镜033均采用自聚焦透镜或球面透镜，所述的第一尾纤012采用300nm 2000nm波段的单模双包层光纤或单模单包层光纤，所述的第三尾纤032~
采用300nm 2000nm波段的单模双包层光纤或多模光纤。
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[0033] 所述的壳体010采用铝、钢、钛合金等材质，主要用于空间光学元件的防尘、固定和保护。

[0034] 本发明的工作过程如下：

[0035] 当综合控制电路13接收到上位机的测距指令后，综合控制电路13通过第三电缆12发送开光指令给激光器8，激光器8发射的脉冲激光，从集成光纤组件第一端口101进入集成光纤组件1，一小部分作为主波采样信号，经集成光纤组件第三端口103进入光电探测器5，而绝大部分激光通过集成光纤组件第二端口102输出，进入光纤准直器4，经过光束准直并以较小的激光发散角发射到被测目标；被测目标反射回来的微弱的散射激光信号，经光纤准直器4聚焦，耦合进入与集成光纤组件第二端口102相连接的第二尾纤2中，通过集成光纤组件第三端口103输出，作为回波信号，进入光电探测器5。综合控制电路13对采集到的主波信号与回波信号进行数据处理以及距离解析，并将解析出来的距离数据通过串口发送给上位机。

[0036] 上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，以及部分运用的实施例，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。

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