激光发射光学系统总体设计
无合作目标激光测距仪光学系统设计
图 １ 无合 作 目标 相位 激光 测 距原 理 图
收 稿 日期 ：０ ８—０ —１ ２０ １ ０
管里能够观察到其像。 ’
维普资讯
第 ３期
徐安成 ： 无合作 目标激光测距仪光学系统设计
无 合作 目标激光测距 仪光 学系统设计
徐 安 成
（ 常州工 学院光 电工程学 院， 江苏 常州 ２ ３ ０ ） １０ ２
摘 要 ： 用相 位 式测距 原理 的激 光 测距仪 ， 无合作 目标 近程 测 距 （ ． 利 在 ０ ２～１ ０ｍ） ， 用 可见 ０ 时 采
激光瞄准， 这对激光光斑有非常高的要求， 光斑在被测 目标上 的大小即激光准直程 重要 ， 决这 样 的 问题 对提 高无 合 作 目标 的 测程 与 精 光 解
其 中 Ａ 为 光束截 面 中心 的振 幅 ； 为 一个 与 ｎ ｏ ９
度 是非 常有 益 的。
关 键词 ： 无合 作 目标 ； 激光 ； 相位 测距 ； 光 准直 激
中图 分类号 ： Ｎ ４ Ｔ ２
文 献标识 码 ： Ａ
文章 编号 ：６ １ ４ ６ ２ ０ ）３— ０ ４— ３ １ ７ —０ ３ （０ ８ ０ ０ ６ ０
激光 测 距 仪无 论 是 在 军事 应 用 方 面 ， 是 民 还 用方 面 ， 有着 极 其 广 泛 的应 用 。 由于 激 光 的 高 都
在相 位式 测 系统距 系统里 发射 器与 接收 器 同 轴 放置 ， 射 器 发 出调 制 频 率 为 的 正 弦 调 幅 发 波， 照射 到被 测 目标 Ｏ点 ， 物体 表 面 发生 漫 反 在 射 ， 中与发射 波 同轴 的返 回波被 探测 器所 接 收 。 其 由于发射 波 与 接 收 波 之 间产 生 相 位 差 ， 过 测 通
光学设计技术在激光器中的应用
光学设计技术在激光器中的应用激光器作为一种高度集成的光学仪器，其光学设计技术的水平直接影响着激光器的性能和稳定性。
因此，光学设计技术成为了激光器工程师们必须熟练掌握的技能之一。
本文将会介绍一些光学设计技术在激光器中的应用，具体包括：激光器光学系统的设计、光束质量的优化、激光器的耐损伤性设计。
激光器光学系统的设计激光器的光学系统设计是整个激光器设计中最为重要的一环，因为它直接决定了激光器的输出功率和波长等参数。
激光器光学系统的基本结构包括：光源、光电控制系统和输出光学系统。
在光源方面，激光器的光源种类目前有很多，包括CO2激光器、半导体激光器、钕玻激光器等等。
每种不同的光源都需要有相应的光学系统设计才能发挥它们的最佳性能。
在光电控制系统方面，主要是对光源性能和输出光学系统进行调节和控制。
在输出光学系统方面，主要是对光束进行整形、调节和成形。
激光器光学系统的设计需要非常精细的计算和仿真才能达到理想的效果。
例如，对于某些用于科学研究的激光器来说，其对输出光束的要求非常高。
光束的稳定性、强度和波长调制等参数必须达到相当高的水平才能满足实验需求。
光束质量的优化在实际应用中，光束的质量无疑是激光器的重要性能指标之一。
光束质量指标可以通过以下参数来评估：波前畸变、光束直径和光束散角等。
波前畸变是指光束通过光学系统后产生的畸变。
波前畸变可能由非均匀物质、光束散角和光学器件中的光学缺陷引起。
波前畸变的严重程度会影响到激光器功率的损失和输出光束的质量。
光束直径是指在一定距离范围内的光束最小截面直径。
光束直径会影响到激光器的耗能以及输出功率。
光束散角是指光束从其中心线偏离的最大角度。
光束散角直接影响到激光器输出功率和光束的扩散角度。
优化光束质量的方法可以通过使用精密设备在激光器的光路中安装正确的光学器件，以减少或消除波前畸变。
同时，调整激光器内光学器件的位置和数量，以优化光束直径和散角，可以大幅提高光束的质量。
激光器的耐损伤性设计激光器的光波长、能量和持续时间会对激光器内部的光学器件产生损伤。
激光主动照明光学系统设计
Ｄ ４ ０ ０μ ｍ ， Ｎ Ａ＝ ０ ２ ２ ， 其内部包含的模数非常 １＝ 大， 其出射光完全可以用几何光学近似处理。所 以在此种情况下， 光纤完全可以实现对激光光束 的匀光处理。 鉴于跟踪测量系统所选用探测相机的波段需 要， 所选用半导体激光器功率为 ０ ５ ０Ｗ 连续线 性可调， 工作波段为（ ８ ０ ８ʃ ３ ）ｎ ｍ ， 并支持远端自 动控制。 ２ ５ｋ ｍ 不同远近处目标， 系统 为保证对 ０ 的照明区域均为直径为 １ ０ｍ的圆形区域， 激光光 源经照明光学系统后其发散角度 θ应为 ２ｍ ｒ ａ ｄ （ ５ｋ ｍ ） ５ ０ｍ ｒ ａ ｄ （ ０ ２ｋ ｍ ） 可调。系统的最小发 散角度 θ 共同确 ５ｋ ｍ由光纤直径 Ｄ １与系统焦距 ｆ
１ ４ ］ 和Ｅ ｌ ｖ ｉ ｓ ｓ 激光主动成像系统等 ［ 。同时， 国内外
对激光主动照明技术的研究主要集中在距离选通 技术及探测距离等领域， 并未对不同照明距离处 照明亮度的一致性及均匀性的问题进行分析， 而 从目前激光主动成像系统来看， 存在目标照度不 均匀及照度动态范围过大的问题
［ １ ４ ］
激光光源直接输出的光功率密度为高斯分 布， 需要进行匀光处理， 使用传统光棒匀光混合效 果不佳， 且光功率损耗比较大。光纤具有可弯曲、 可多光纤合束、 可长距离传输、 光功率损耗低等诸 多优点， 故选取光纤作为激光混光和中继传输器
１ ４ ］ 件［ 。本文采 用 多 模 石 英 光 纤， 纤芯直径径为
Ｄ ｅ ｓ ｉ ｇ ｎｏ ｆ ｌ ａ ｓ ｅ ｒａ ｃ ｔ ｉ ｖ ｅｉ ｌ ｌ ｕ ｍｉ ｎ ａ ｔ ｉ ｏ ｎｏ ｐ ｔ ｉ ｃ ａ ｌ ｓ ｙ ｓ ｔ ｅ ｍ
Ｌ Ｉ ＵＴ ａ ｏ ，Ｈ ＵＹ ｕ ｅ ，Ｄ Ｏ Ｎ ＧＪ ｉ ａ ｎ ，Ｓ Ｈ Ｅ ＮＪ ｕ ｎ ｌ ｉ
多种应用于高功率激光技术的光学系统设计
Ｖｏ １ ． ４２ Ｎｏ． Ｓ１
红 外 与 激 光 工 程
Ｉ ｎ ｆ ｒ ａ ｒ ｅ ｄ ａ ｎ ｄ Ｌａ ｓ ｅ ｒ Ｅｎ ｇ ｉ ｎ ｅ ｅ ｒ ｉ ｎ ｇ
２ ０１ ３年 ６月
Ｊ ｕ ｎ ． ２ ０１ ３
多种 应 用 于高 功 率激 光 技 术 的光 学 系统 设计
围、 提 高成像质 量、 提升跟 瞄精度 。随着技术进 步， 近年 来也产 生了一 些新 型的光 学 系统 ， 分析 了新 型高功
率 激 光 光 学 系统 的 性 能优 势 ， 并 对 这 些新 型 系统 的 应 用 前 景进 行 了展 望 。
关键词 ：高功率激光 ；发射 系统 ；接收 系统 ；光学设计
介 绍 了应 用于各种环境 下的多种光 学 系统结构 ， 分析 了各种光 学 系统的优 势与不足 ， 完成 了各种光 学 系统 的光学设 计 ， 并给 出了光学 系统的技 术指标 与接 收光 学 系统的成像 质量 。在 实 际应 用 中应按 照不 同的应 用环境和技 术指标 合理 的选取光 学 系统 ， 使 光 学 系统在 高功率激光技 术 中更好地发 挥作 用， 增 大探 测 范
Ｇｏ ｎ ｇ Ｄｕ ｎ， Ｗ ａ ｎ ｇ Ｈｏ ｎ ｇ ，Ｔ ｉ ａ ｎ Ｔｉ ｅ ｙ ｉ ｎ （ Ｋ ｅ ｙ Ｌ ａ ｂ ｏ ｒ ａ ｔ ｏ ｒ ｙ ｏ ｆ Ｏ ｐ ｔ ｉ ｃ ａ ｌ Ｓ ｙ ｓ ｔ ｅ ｍ Ａｄ ｖ ａ ｎ ｃ ｅ ｄ Ｍａ ｎ ｕ ｆ ａ ｃ ｔ ｕ ｒ ｉ ｎ ｇ Ｔ ｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ ｇ ｙ ，Ｃ ｈ ａ ｎ ｇ ｃ ｈ ｕ ｎ Ｉ ｎ ｓ ｔ ｉ ｔ ｕ ｔ ｅ ｏ ｆ Ｏ ｐ ｔ ｉ ｃ ｓ
ｖ ａ Ｆ ｉ ｏ ａ ｓ ｋ ｉ ｎ ｄ ｓ ｏ ｆ ｏ ｐ ｔ ｉ ｃ ａ ｌ ｓ ｙ ｓ ｔ ｅ ｍｓ ｗｅ ｒ ｅ ａ ｎ ａ ｌ ｙ ｚ ｅ ｄ ． Ｏｐｔ ｉ ｃ ａ ｌ ｄ ｅ ｓ ｉ ｇ ｎ ｏ ｆ ｖ ａ ｒ ｉ ｏ ｕ ｓ ｋ ｉ ｎ ｄ ｓ ｏ ｆ ｏ ｐ ｔ ｉ ｃ ａ ｌ ｓ ｙ ｓ ｔ ｅ ｍｓ ｗａ ｓ ｃ ｏ ｍｐ ｌ ｅ ｔ ｅ ｄ， ｔ ｅ ｃ ｈ ｎ ｉ ｃ ｌ ａ ｉ ｎ ｄ ｉ ｃ ａ ｔ ｏ ｒ ｓ ａ ｎ ｄ ｉ ｍａ ｇ ｅ ｑ ｕ ｌｉ ａ ｔ ｙ ｏ ｆ ｒ ｅ ｃ ｅ ｉ ｖ ｅ ｒ ｏ ｐ ｔ ｉ ｃ ａ ｌ ｓ ｙ ｓ ｔ ｅ ｍ ｗｅ ｒ ｅ ｇ ｉ ｖ ｅ ｎ． Ｉ ｎ ｐ ｒ ａ ｃ ｔ ｉ ｃ ａ ｌ ａ ｐ ｐ ｌ ｉ ｃ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ，ｏ ｐ ｔ ｉ ｃ ａ ｌ ｓ ｙ ｓ － ｔ ｅ ｍｓ ａ ｒ ｅ ｒ ｅ ａ ｓ ｏ ｎ ａ ｂ ｌ ｅ ｓ ｅ ｌ ｅ ｃ ｔ ｅ ｄ ａ ｃ ｃ ｏ ｒ ｄ ｉ ｎ ｇ ｔ ｏ ｔ ｈ ｅ ｄ ｉ ｆ ｆ ｅ ｒ ｅ ｎ ｔ ａ ｐ ｐ ｌ ｉ ｃ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｅ ｎ ｖ ｉ ｒ ｏ ｎ ｍｅ ｎ ｔ ａ ｎ ｄ ｔ ｅ ｃ ｈ ｎ ｉ ｃ ａ ｌ ｉ ｎ ｄ ｉ ｃ ａ ｔ ｏ ｒ ｓ ，ｔ ｏ ｍａ ｋ ｅ
采用APD阵列的共口径激光成像光学系统设计_于潇_姚园_徐正平
采用APD阵列的共口径激光成像光学系统设计_于潇_姚园_徐正平摘要：针对机载平台激光3D成像系统的轻小型需求，设计了采用APD阵列的共口径激光收发光学系统。
在分析激光成像系统照明方式及其光学系统结构的基础上，给出了激光3D成像光学系统结构框图：激光经衍射元件实现分束照明，采根据激光测距方程，确定了接收光学用双工反射镜实现收发光路的耦合。
该光学系统用于2km 以内的目标三维成像，系统的参数以获得满足信噪比的回波能量。
为避免造成像素之间串扰，设计了5倍扩束比的发射光学系统。
最后，采用降低了发射光路对接收光路的影响。
设计结果表明：接收光学系统弥散斑直偏振片与1/4波片相结合的方式消除杂光，畸变小于0.2%。
该光学系统体积小、重量轻，成像质量良好，可为同类激光成像光学系统提供借鉴参径小于120μm，考。
关键词：光学设计;激光3D成像;发射/接收共光路;消杂光文献标识码：Adoi：10．3788/CO．20160903．0349中图分类号：TP721．2；TP703LaserimagingopticalsystemdesignwithasharedapertureemployingA PDarrayYUXiao*，YAOYuan，XUZhengping （KeyLaboratoryofAirborneOpticalImagingandMeasurement，ChangchunInstituteofOpticsFineMechanicsandPhysics，ChineseAcademyofSciences，Changchun130033，China）*Correspondingauthor，Email：yuxiaojllove@126．comAbstract：Tomeettherequirementsoflightandsmalllaser3Dimagingsystemonairborn eplatforms，acoaperturelasertransceiveropticalsystemisdesignedemployingAPDarray ．Onthebasisofabriefanalysisoftheimagingsystemilluminationpatternand opticalsystemstructure，thelaser3Dimagingsystemblockdiagramisgivenasfollowing：thelaserbeamcanpassthroughadiffractionelementtoachievebeamsplitting andthemirrorwithaholeinthemiddleisusedtoachievecoupledlaunching/tr ansmittingopticalpath．Theopticalsystemisusedforthreedimensionalima gingwithinadistanceof2km，andthereceivingopticalsystemparametersaredeterminedaccordingtothela seroperatingrangeequationtoobtainenoughechoenergytosatisfy0126；修订日期：20160223收稿日期：201614S123）；吉林省科技发展计划资助项目基金项目：中国科学院国防科技创新基金项目（No．CXJJ（20150204022GX）SupportedbyInnovationFundProjectofNationalDefenseScienceandTechno logy，ChineseAcademyofSciences（No．CXJJ14S123），JilinProvincialS ＆TDevelopmentProgramProjectofChina中国光学第9卷，，（No．20150204022GX）350thenoiseratio．Inordertoavoidcrosstalkbetweenpixels．Finallybeamexpanderoffivetimesisdesigned thestraylightisdiminishedtoreducetheimpactoftheemittedlightpathonrec eivinglightpathbycombiningthepolaroidandquarterwaveplate．Theresult sindicatethatthereceivingopticshasadiffu sespotdiameterlessthan120μmanddistortionlessthan0.2%．Thewholeop ticalsystemcouldbeanexampleforthesimilardesignwithsmallsize，lightweightandfineimagingquality．Keywords：opticaldesign；laser3Dimaging；launching/receivingcommonaperture；straylightelimination合置两种结构形式。
高功率准分子激光系统光学设计
ｌ 像 传 递 技 术 在 高 功 率 准 分 子 激 光 系 统 中 的 应 用
自由运转 的准 分子激 光是 宽带 输 出 ， 准分 子激 光放 大器 的气体 工作 介 质与 低饱 和能量 密 度使 得 激光 放 大 过程 中的非线 性效 应很小 ， 高 功率 准 分 子激 光 系统 能 够 使 用 像 传 递技 术 获 得 均 匀 靶 面 光 强分 布 的主 要 原 是
高 功 率 准分 子激 光 系统 光 学设 计
张永生， 赵 军， 马连英， 易爱平， 刘晶儒
（ 北 核 技 术 研究 所 激 光 与 物 质 相 互 作用 国 家重 点 实 验 室 ，西安 ７ ０ ２ ） 西 １ ０ ４
摘
要 ： 回顾 并 介 绍 了高 功 率 准 分 子 激 光 系 统 设 计 中 需 要 综 合 考 虑 的 两 项 主要 技 术 —— 像 传 递 技 术 和
用 光 学 不 变 量 来 衡 量 其 总 体 性 质 。 两 种 经 常 采 用 的 照 明 方 式 是 科 勒 照 明 和 临 界 照 明 。 由 于 要 考 虑 各 级 激 光 放
大 器作 为多束激 光共 同的孔径 光 阑 ， 均采 用科 勒照 明方式 。为 了保证 光 强 的线 性传输 ， 般要求 光学 系统 的部 一 分 相干 因子 —ＮＡ… …／ ＮＡ … 》１ 其 中 ＮＡ… 与 ＮＡ。 。分 别为 聚 光镜 和 成像 物 镜 的数 值孔 径 ， ， 即等
效 光 源 的 尺 寸 为 无 限 大 ， 间相 干 性 很 小 。 空
一
般 光 学 仪 器 的 设 计 不 考 虑 光 源 相 干 性 对ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ成 像 质 量 的 影 响 。但 是 与 普 通 的 自然 光 源 不 同 ， 然 准 分 子 激 虽
LD泵浦绿光激光器光学系统设计的开题报告
LD泵浦绿光激光器光学系统设计的开题报告一、选题背景激光器作为一种先进的光源，已经被广泛应用于科学研究和工业生产中。
在激光器中，泵浦光源的稳定性和能量传输效率对激光输出性能有着至关重要的影响。
近年来，随着半导体激光技术的不断提高，LD泵浦绿光激光器越来越受到重视。
本课题旨在设计一种LD泵浦绿光激光器的光学系统，以实现高效、稳定的泵浦光源。
通过对LD泵浦绿光激光器的光学系统进行设计和优化，提高泵浦光源的稳定性和能量传输效率，进一步提高激光器的输出性能，推动激光技术的发展。
二、研究内容和目标本课题的研究内容主要包括：1.设计LD泵浦绿光激光器的光学系统，包括泵浦源位置、泵浦光束大小和形状、泵浦光束的定位和聚焦系统等。
2.进行光学系统的计算和优化，通过改变光学组件的位置、参数或组合方式等途径，实现泵浦光源的高效、稳定和精确控制。
3.对设计的LD泵浦绿光激光器进行性能测试和分析，如泵浦光源的能量恒定性、光斑大小和形状等参数的稳定性以及激光器的输出性能。
本课题的主要研究目标包括：1.设计出高效、稳定的LD泵浦绿光激光器光学系统，实现泵浦光源的高精度控制和能量传输效率的提高。
2.通过实验验证，验证所设计的LD泵浦绿光激光器光学系统的性能，如稳定性、输出功率和波长稳定性等指标是否能够满足实际应用的需求。
三、研究方法和技术路线本课题的研究方法和技术路线包括：1.研究LD泵浦绿光激光器的原理、结构和性能，了解其光学系统的组成和工作原理。
2.设计光学系统模型，包括泵浦光源位置、光斑大小和形状、聚焦系统等，进行光学计算和分析。
3.采用Zemax和Matlab等软件工具建立该光学系统的三维光学模型，并通过光学仿真软件进行光学分析和优化。
4.制作并组装LD泵浦绿光激光器的光学系统，进行性能测试和优化，如泵浦光源的能量恒定性、光斑大小和形状等参数的稳定性以及激光器的输出性能。
5.分析实验结果，评估所设计的光学系统的性能，如稳定性、输出功率和波长稳定性等指标是否能够满足实际应用的需求。
高能量激光器系统的设计与实现原理
高能量激光器系统的设计与实现原理激光技术作为一种高度聚焦、高能量密度的光束，已经在众多领域得到广泛应用，如材料加工、医学、通信等。
而高能量激光器系统的设计与实现原理则是实现高能量激光输出的关键。
本文将从激光器系统的基本构成、工作原理以及实现原理等方面进行论述。
一、激光器系统的基本构成高能量激光器系统主要由激光器源、泵浦系统、光学系统、冷却系统和控制系统等组成。
1. 激光器源：激光器源是激光器系统中最核心的部分，它能够产生激光光束。
常见的激光器源包括固体激光器、气体激光器和半导体激光器等。
不同类型的激光器源具有不同的特点和应用领域，如固体激光器适用于高功率激光器系统，而半导体激光器则适用于小型激光器系统。
2. 泵浦系统：泵浦系统是激光器源的能量供给系统，它能够向激光材料提供能量，使其产生激射。
常见的泵浦方式有光泵浦、电泵浦和化学泵浦等。
其中，光泵浦是最常用的泵浦方式，它通过激光二极管或闪光灯等光源对激光材料进行能量输入。
3. 光学系统：光学系统是将激光光束进行整形、调制和聚焦的关键部分。
它由准直镜、透镜、反射镜等光学元件组成，能够对激光光束进行控制和调整，以满足不同应用的需求。
4. 冷却系统：冷却系统主要用于控制激光器源和泵浦系统的温度，以保证其正常工作。
高功率激光器系统通常需要较强的冷却能力，以防止激光器源过热而导致性能下降或损坏。
5. 控制系统：控制系统是整个激光器系统的大脑，它能够对激光器源、泵浦系统和光学系统等进行控制和监测。
通过控制系统，用户可以实现对激光输出功率、脉冲频率和波长等参数的调节和监控。
二、激光器系统的工作原理激光器系统的工作原理可以简单分为三个步骤：泵浦、放大和激射。
1. 泵浦：泵浦是指通过能量输入使激光材料处于激发态的过程。
在泵浦过程中，泵浦光源的能量被传递给激光材料，激发材料中的电子从基态跃迁到激发态，形成一个能级反转。
2. 放大：放大是指利用激发态的能级反转来放大激光光束的过程。
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激光发射光学系统总体设计
[摘要] 以远距离激光探测为背景,针对1.06 ?m yag调q脉冲激光器,进行了其发射光学系统的总体设计。
根据探测系统指标分析提出了发射光学系统需要达到的技术指标,归纳了其总体设计方法和流程。
最后给出了发射光学系统设计方案。
[关键词] 光学设计激光发射光学系统总体设计激光探测
1 引言
虽然激光器发出的激光束方向性很好,也就是光束发散度很小。
但激光输出是一个有限的孔径,因此总存衍射现象,使得激光束不
能构成发散度为零的理想平行光束。
因此,无论何种激光器都有一定的发散角。
针对远距离目标的激光探测系统作用距离需要达到上百公里,那么,如何提高发射光束的质量,设计出一个性能良好合乎要求的激光发射系统,以便提高作用距离来满足主动探测的需要就显得尤为重要。
探测系统的作用距离首先取决于激光发射系统发射的激光束质量,为了改善光束的方向性,将激光束携带的能量最大
限度传送到远距离的目标上,就需要较大的光束宽度和较小的发散角,因此需要对其进行扩束。
2 系统整体设计与指标分析
进行系统设计之前,首先要明确系统需要达到的技术指标,下面
主要分析扩束比等主要指标的要求。
设计中针对的激光器为调q脉冲nd: yag激光器,其参数如下:波长1064nm、平均功率4w、峰值功率20 mw、脉冲宽度10～20ns、转换效率1～3%,发散角4～5 mrad、
调q电压4000v、工作电压800v。
激光接收系统中探测器探测的是能量,探测信号的能力以信噪比作为评价指标,信噪比表达式为
(1)
式中nep为探测器等效噪声功率,由探测率(探测灵敏度) d*决定(2)
式中st为探测器面积。
最小可探测功率prmin为
(3)
式中,d*=2×1010cm·hz,δf为电子放大线路的等效噪声带
宽,fmin为电子线路设计的最小噪声系数。
为了确保探测到目标,后向反射光功率pas应大于或等于激光接收系统探测器最小可探测功率prmin。
将上述各式进行整理,并设pas=prmin,则可以得到系统的最大探测距离rmax为
(4)
式中,θt为发射激光束发散角,θs为反射光束发散角,0.838是分布在airy斑第一个暗环内部的功能百分比,p0为激光发射功率,ar为接收系统的光学镜头的面积,as为镜面目标的光学镜头的有效接收面积,ρs是镜头目标的反射系数,τt为发射光学系统的透过率,τ为激光单程大气透过率,τs为目标光学系统透过率,τr 为接收光学系统的透过率。
根据需要,设最大作用距离rmax=200 km,其他的参数取较为普遍的值,取最小可探测功率prmin=0.05 μw,发射功率p0=20 mw,接收
系统的光学镜头的面积ar=π/16,目标光学镜头的有效接收面积as=π/100,镜头目标的反射系数ρs=0.02,发射光学系统的透过率τt=0.6,激光单程大气透过率τ=0.5(垂射0.92),目标光学系统透过率τs=0.6,接收光学系统的透过率τr=0.6,后向发散角主要受镜头目标所控制,取10 mrad,计得θt=0.1165 mrad。
因此,取其等于0.11 mrad,由于激光器输出光束发散角为5 mrad,将扩束系统的扩束比可调范围定为1～50。
其他参数选择:最小发散角<0.11 mrad,最大作用距离200 km,发射光学系统最后口径小于0.5 m,工作距离小于1 m。
其他的基本指标及详细确定需要在设计中结合系统要求合理的逐一确定。
3 设计方法与流程
进行光学系统设计,首先就是根据使用条件,来决定满足使用要求的各种数据,即决定光学系统的性能参数、外形尺寸和各光组的结构等。
一个完整的设计结果应该包括:
(1) 光学系统结构图;
(2) 主要参数(焦距视场物像距);
(3) 结构参数:半径、厚度、间隔、玻璃号、口径、外径;
(4) 成像质量:像差,像差曲线图。
可以分为4个阶段来进行,具体流程如图1所示。
首先,进行系统方案设计及外形尺寸计算。
在这个阶段里设计拟定出光学系统的整体方案和原理图,确定基本光学特性,使之满足给定的技术要求。
然后,进行初始结构的计算和选择。
初始结构参数主要指的是光学系统中各个镜子参数以及相对位置,主要包括曲率,口径,焦距,
玻璃材料,镜子厚度,类型,镜子间隔等。
确定了初始结构参数,在此基础上才能进行优化设计。
再次,象差校正和平衡。
初始结构选好后,在计算机上用光学计算程序进行光路计算,算出全部象差及各种象差曲线。
从象差数据分析找出主要是哪些象差影响光学系统的成像质量,从而找出改进的办法,开始进行象差校正,直到满足成像质量要求为止。
最后,进行像质评价。
像质评价指标主要包括瑞利判断、点列图、光学传递函数等。
瑞利判断是指实际波面与理想波面之间的最大波象差不超过1/4 波长,这是一种较为严格的象质评价方法。
点列图评价以airy斑为参考,airy斑是物理光学的一个概念,它指出在形成的弥散斑直径在(2.44×焦距×主波长)以内的时候,该光学系统可以认为是理想光学系统。
光学传递函数具有客观、可靠的优点,并且便于计算和测量,它不仅能用于光学设计结果的评价,还能控
制光学系统设计的过程、镜头检验、光学总体设计等各方面。
4 结语
根据以上的指标分析和设计方法分析,由于系统要求的扩束比可调范围较大,可采用二级扩束发射系统,整体方案如图2所示。
一级扩束系统光束宽度较小,采用折射型式扩束系统并承担扩束变焦的任务,使其扩束比达到1.5～10。
二级扩束系统光束宽度较大,采用离轴反射型式,设计固定扩束比为5。
整体扩束比达到1.5～50均匀
可调。
参考文献:
[1] 谷锁林, 孙华燕, 张永基, 宋丰华. 空中目标的激光主动
探测[j]. 激光与红外, 2005, 35(7): 476-478.
[2] 蔡常达. 变焦距激光扩束系统的结构设计[j]. 激光与红外, 1996, 26(1): 30-31.
[3] 李晓彤, 岑兆丰. 几何光学?像差?光学设计[m]. 浙江: 浙
江大学出版社, 2003: 180-190.
[4] 赵延仲, 宋丰华, 孙华燕. 1.06 μm脉冲激光高倍率变焦的扩束发射光学系统设计[j]. 红外与激光工程, 2007, 36(6):
891-895.。