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应用光学 2018年第4期39卷 460-465页

作者：李启坤邱琪电子科技大学光电信息学院四川成都610054

为了满足全向激光探测的需求,提出一种基于2D MEMS镜扫描的激光雷达结构。激光器通过1×6高速光开关分时地给6个扫描子系统提供光信号,6个扫描子系统探测视场叠加起来可实现360°激光探测。每个扫描子系统的扫描范围为60°×30°,其中... 详细信息

为了满足全向激光探测的需求,提出一种基于2D MEMS镜扫描的激光雷达结构。激光器通过1×6高速光开关分时地给6个扫描子系统提供光信号,6个扫描子系统探测视场叠加起来可实现360°激光探测。每个扫描子系统的扫描范围为60°×30°,其中包含一个扩展MEMS镜扫描角度的发射光学天线和一个大视场有增益的接收光学天线。发射光学天线将MEMS镜±10°的扫描角扩展到±30°,发散度小于0.2mrad;接收视场内的激光回波经过接收天线在探测器上所成的半像高小于1mm,接收增益为3.65。通过计算修正后的激光雷达方程可得到发射功率20W的激光束在工作距离100m内的回波功率≥1nW,结果表明该光学系统可适用于激光雷达系统。

关键词：激光雷达发射光学天线宽视场接收光学天线 2D MEMS镜

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多线激光雷达发射与接收光学系统设计

多线激光雷达发射与接收光学系统设计

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作者：王冬梅北京理工大学

学位级别：硕士

随着激光雷达在军用和民用等领域的不断发展,高精度、小体积、低成本的激光雷达的需求不断增加,对光学系统设计领域和相关配合领域提出了新的要求和挑战。对于多线激光雷达光学系统,实现高精度准直发射和回波信号精准会聚使激光雷达技... 详细信息

随着激光雷达在军用和民用等领域的不断发展,高精度、小体积、低成本的激光雷达的需求不断增加,对光学系统设计领域和相关配合领域提出了新的要求和挑战。对于多线激光雷达光学系统,实现高精度准直发射和回波信号精准会聚使激光雷达技术难点。针对上述设计难点,本文首先对半导体激光器的工作原理以及其发光光束特性,进行了深入研究。并针对以上难点设计了三种多线激光雷达发射光学系统,第一是基于MEMS镜的柱面镜准直光学系统,光束发散角为0.72mrad,发射光学效率为77.3%;第二是基于柱面镜准直式多线发射光学系统,准直出射光斑为长方形,将长方形激光光斑分成8份即实现了8线的激光光束发射,光束束散角为0.3mrad×1.2mrad,整体接收能量为73.55%;第三是在单个非球面准直发射基础上,采用八个激光光源与8个非球面组成的透镜阵列模式实现八线发射,最终得到束散角0.5mrad×2mrad的八线发射光学系统,发射能量为92.66%。三种设计束散角均优于目前市场中激光雷达发散角度。同时,接收部分本文设计了两种多线激光雷达接收光学系统,第一种是基于mems反射镜形式的大视场接收光学系统,结构简单,接收效率可达91.53%。第二种是基于阵列接收形式光学系统,通过采用望远镜物镜成像方式仿真并设计出了该系统。系统点列图最大为24.177μm小于艾里斑;波像差小于1/4λ;MTF＞0.9,各视场MTF在最大空间频率上接近衍射极限;可将远处激光光斑完全成像到阵列探测器上。

关键词：多线激光雷达发射光学系统接收光学系统 MEMS镜柱面透镜非球面镜望远物镜

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