一种偏振分光光路及包括该光路的激光雷达系统的制作方法

1.本实用新型属于光学工程中的激光雷达技术领域，尤其涉及一种偏振分光光路及包括该光路的激光雷达系统。


背景技术：

2.激光雷达是以激光为光源，通过探测激光与大气相互作用的辐射信号来遥感大气。对于粒子形状的判断主要基于退偏振比，当线偏振光受到非球形粒子散射的作用时，散射光的偏振态会发生变化，粒子非球形度越高，偏振态变化越明显，即退偏比越高。
3.目前雷达后继光学模块对于s、p两种偏振光的分离主要应用(偏振分束立方体)pbs，将两个偏振态的光分为两个通道，两个通道上分别设置有滤光片、汇聚透镜、探测器pmt，在该系统中，需要两个独立的光电探测通道进行采集，所占用的体积和成本都较高。


技术实现要素：

4.为了降低后继光学模块的复杂程度，降低采集光路成本，更加有利于雷达的小型化和低成本化，本实用新型提出了一种偏振分光光路及包括该光路的激光雷达系统，具体技术方案如下：
5.一种偏振分光光路，包括：
6.检偏镜，将输入的s和p两个偏振态光择一输出；
7.一路采集光路，对从检偏镜输出的p光或s光进行采集；
8.驱动组件，所述检偏镜安装在驱动组件上，用于驱使检偏镜的检偏方向在与s光、p光平行的两个工位上切换。
9.具体地说，所述驱动组件包括直驱旋转安装座，所述检偏镜安装在直驱旋转安装座的中心通孔处。
10.具体地说，所述直驱旋转安装座的型号为索雷博的ddr25。
11.具体地说，所述检偏镜通过压板压在直驱旋转安装座的中心通孔处。
12.具体地说，所述检偏镜位于直驱旋转安装座厚度方向的中间位置，所述厚度方向与穿过检偏镜的光束方向平行。
13.使用上述的偏振分光光路的激光雷达系统，还包括：
14.激光器，用于生成激光光束；
15.望远镜，用于接收向偏振分光光路输入的后向散射光。
16.本实用新型的优点在于：
17.(1)本实用新型能够降低硬件复杂程度，实现通道的复用。
18.(2)本实用新型有助于减小光路的体积，有利于小型化设计。
19.(3)本实用新型实现过程简单，结果可靠。
附图说明
20.图1为传统偏振分光光路图。
21.图2为本实施例中一种偏振分光光路光路图。
22.图3为检偏镜原理图。
23.图4和图5为直驱旋转安装座示意图。
24.图中：
25.1、偏振分束立方体；11、直驱旋转安装座；111、安装面；112、盖板；12、检偏镜；2、窄带滤光片；3、汇聚透镜；4、探测器pmt。
具体实施方式
26.以下详细描述仅是说明性的，并不旨在限制实施例和/或实施例的应用或使用。此外，无意受到前面的“背景技术”或“实用新型内容”部分或“具体实施方式”部分中呈现的任何明示或暗示信息的约束。
27.为使本技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，现在参考附图描述一个或多个实施例，其中，贯穿全文相似的附图标记用于指代相似的组件。在下面的描述中，出于解释的目的，阐述了许多具体细节，以便提供对一个或多个实施例的更透彻的理解。然而，很明显，在各种情况下，可以在没有这些具体细节的情况下实践一个或多个实施例，各个实施例在不矛盾的前提下可以相互结合相互引用。
28.需要说明的是，本技术的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本技术的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
29.激光雷达是以激光为光源，通过探测激光与大气相互作用的辐射信号来遥感大气。对于粒子形状的判断主要基于退偏振比，当线偏振光受到非球形粒子散射的作用时，散射光的偏振态会发生变化，粒子非球形度越高，偏振态变化越明显，即退偏比越高。
30.现有技术中，如图1所示，激光雷达偏振分光光路对于s、p两种偏振光的分离主要应用偏振分束立方体1，将两个偏振态的光分为两个通道，分别为第一通道和第二通道，第一通道采集的信号为p信号，第二通道采集的信号为s信号，图1中以采集s信号的第二通道，第一通道和第二通道上分别设置有滤光片2、汇聚透镜3、探测器pmt4，在该系统中，需要两个独立的光电探测通道进行采集，所占用的体积和成本都较高。
31.在本实施例中，提出一种偏振分光光路，通过步进电机驱动检偏镜沿着光轴的方向旋转，当检偏镜检偏方向与s光平行时，采集信号为s信号，当检偏镜12检偏方向与p光平行时，采集信号为p信号。通过这种方法实现只用一个光电通道在不同时序上分别采集s光和p光，而不是传统光路设计的两个通道，从而减少占用的体积和成本。如图2-5所示，本实施例提供了一种偏振分光光路，包括：
32.检偏镜12，将输入的s和p两个偏振态光择一输出；在雷达系统中，入射光包括s和p
两个偏振态，当检偏镜12的光轴与s光偏振方向平行时，s可以通过，p光被截止。当检偏镜光轴与p光偏振方向平行时，p可以通过，s光被截止；
33.一路采集光路，对从检偏镜12输出的p光或s光进行采集；其中图2展示的是检偏镜12输出的光为p光然后进行采集。
34.驱动组件，所述检偏镜安装在驱动组件上，用于驱使检偏镜12的检偏方向在与s光、p光平行的两个工位上切换。所述驱动组件包括直驱旋转安装座11，如图4-5所示，图中安装面111为检偏镜在直驱旋转安装座11上的安装位置，检偏镜12安装后通过中间设置有不会挡住偏光镜12输出的光束的盖板112压住，所述盖板112通过螺孔固定在直驱旋转安装座11的主体上。具体地说，所述检偏镜12位于直驱旋转安装座11厚度方向的中间位置，所述厚度方向与穿过检偏镜12的光束方向平行，这样直驱旋转安装座11在转动过程中，可以使得转轴刚好经过检偏镜12的中心位置。所述直驱旋转安装座11可以带着检偏镜12进行旋转，使检偏镜12的光轴在分别平行于s和p偏振方向反复旋转，从而实现s光和p光依次通过检偏镜12的目的。检偏镜12旋转一周之后分别有两次s光和p光通过。直驱旋转安装座11可以通过串口连接到雷达的工控机，实现控制的功能。优化的，所述直驱旋转安装座11实现检偏镜12在两个工位之间做周期性旋转。在该实施例中，所述直驱旋转安装座11型号为索雷博的ddr25直驱旋转安装座。
35.所述采集光路包括设置在可在检偏镜光路上的依次设置的窄带滤光片2、汇聚透镜3、探测器pmt4。位于检偏镜12之后的是窄带滤光片2，实现滤除杂散光的作用，仅允许有效激光信号通过。所述汇聚透镜3的作用是缩小激光光束直径，使探测器pmt4能够完全接收有效信号。探测器pmt4的作用是将光信号转换为电信号，供信号采集单元使用。
36.该光路的工作原理如下：
37.检偏镜12的初始安装方向为检偏镜12光轴方向平行于p光的方向，此时雷达系统中的望远镜接收的后向散射光中的p光部分通过检偏镜12，p光通过窄带滤光片2滤光、汇聚透镜3和探测器pmt4后变为电信号，由采集卡转换为数字值，供雷达数据处理软件使用。
38.采集完一个脉冲信号后，所述驱动组件旋转90
°
，此时检偏镜12的光轴方向与s光偏振方向平行，同上所述，此时采集光路采集s信号；
39.当采集完当前脉冲信号后，所述驱动组件旋转90
°
重复上次步骤，实现通过一个通道实现s信号和p信号的采集。
40.在另外一实施例中，本技术还公开了一种包括上述偏振分光光路的激光雷达系统(图中未示出)，包括：
41.激光器，用于生成激光光束；
42.望远镜，用于接收向偏振分光光路输入的后向散射光。
43.以上仅为本实用新型创造的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型创造，凡在本实用新型创造的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型创造的保护范围之内。

技术特征：
1.一种偏振分光光路，其特征在于，包括：检偏镜，将输入的s和p两个偏振态光择一输出；一路采集光路，对从检偏镜输出的p光或s光进行采集；驱动组件，所述检偏镜安装在驱动组件上，用于驱使检偏镜的检偏方向在与s光、p光平行的两个工位上切换。2.根据权利要求1所述的一种偏振分光光路，其特征在于，所述驱动组件包括直驱旋转安装座，所述检偏镜安装在直驱旋转安装座的中心通孔处。3.根据权利要求2所述的一种偏振分光光路，其特征在于，所述直驱旋转安装座的型号为索雷博的ddr25。4.根据权利要求2所述的一种偏振分光光路，其特征在于，所述检偏镜通过压板压在直驱旋转安装座的中心通孔处。5.根据权利要求1所述的一种偏振分光光路，其特征在于，所述检偏镜位于直驱旋转安装座厚度方向的中间位置，所述厚度方向与穿过检偏镜的光束方向平行。6.使用权利要求1-5任意一项所述的偏振分光光路的激光雷达系统，其特征在于，还包括：激光器，用于生成激光光束；望远镜，用于接收向偏振分光光路输入的后向散射光。

技术总结
本实用新型属于光学工程中的激光雷达技术领域，尤其涉及一种偏振分光光路及包括该光路的激光雷达系统。偏振分光光路包括：检偏镜，将输入的s和p两个偏振态光择一输出；一路采集光路，对从检偏镜输出的p光或s光进行采集；驱动组件，所述检偏镜安装在驱动组件上，用于驱使检偏镜的检偏方向在与s光、p光平行的两个工位上切换。其优势在于，可以降低后继光学模块的复杂程度，降低采集光路光学器件成本，更加有利于雷达的小型化和低成本化。有利于雷达的小型化和低成本化。有利于雷达的小型化和低成本化。


技术研发人员：陈锦超 谢晨波 庄鹏
受保护的技术使用者：安徽蓝科信息科技有限公司
技术研发日：2023.05.15
技术公布日：2023/10/20