一種新型相干測風(fēng)激光雷達(dá)擴(kuò)束器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種新型相干測風(fēng)激光雷達(dá)擴(kuò)束器，屬于激光雷達(dá)探測大氣領(lǐng)域，包括一個輸入鏡1和一個輸出鏡2；輸入鏡為前表面為凹球面、后表面為平面的平凹透鏡；輸出鏡為前表面為平面、后表面為凸球面的平凸透鏡；入射光經(jīng)過輸入鏡發(fā)散、擴(kuò)束到達(dá)輸出鏡，經(jīng)過輸出鏡對光束準(zhǔn)直、壓縮發(fā)散角，出光角度近似平行光出射。對比現(xiàn)有擴(kuò)束器，本發(fā)明采用1個平凹透鏡和1個平凸透鏡的組合，減少了光能損失，提高了光能利用率和準(zhǔn)直效果；使得該擴(kuò)束器光學(xué)系統(tǒng)體積小、結(jié)構(gòu)簡單，光能利用率高，穩(wěn)定性高，成本低，解決了現(xiàn)有擴(kuò)束器鏡片數(shù)較多、結(jié)構(gòu)較復(fù)雜、光能損失嚴(yán)重等問題。
【專利說明】一種新型相干測風(fēng)激光雷達(dá)擴(kuò)束器

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種新型相干測風(fēng)激光雷達(dá)擴(kuò)束器，屬于激光雷達(dá)探測大氣領(lǐng)域。 技術(shù)背景
[0002] 大氣風(fēng)場對大氣物理、機(jī)場風(fēng)場、航天器的發(fā)射和運行、溫度、濕度的變化、天氣預(yù) 報等的研究具有重要影響。相干測風(fēng)激光雷達(dá)是一種新型的測風(fēng)手段，利用多普勒原理、夕卜 差探測技術(shù)，采用激光作為探測光源，向大氣發(fā)射激光脈沖，接收大氣（氣溶膠粒子和大氣 分子）的后向散射信號，通過分析發(fā)射激光的徑向多普勒頻移來反演風(fēng)速，其時間、空間分 辨率高，探測得到的風(fēng)速誤差小，具有較高的機(jī)動性。
[0003] 擴(kuò)束器是相干測風(fēng)激光雷達(dá)的重要組成部分，其性能決定了激光雷達(dá)的探測精 度。擴(kuò)束器是能夠改變激光光束直徑和發(fā)散角的透鏡組件。從激光器發(fā)出的激光束具有一 定的發(fā)散角，通過擴(kuò)束器的調(diào)節(jié)使激光光束變?yōu)闇?zhǔn)直（平行）光束，才能利用聚焦鏡獲得細(xì) 小的高功率密度光斑；通過擴(kuò)束器能改變光束直徑以便用于不同的光學(xué)儀器設(shè)備。
[0004] 相干測風(fēng)激光雷達(dá)中，為了高精度探測的需要，系統(tǒng)孔徑上需得到盡可能多的相 干信號，發(fā)射比較大光束直徑至大氣中，為了降低望遠(yuǎn)鏡的設(shè)計加工難度、削減成本，需要 在激光器與望遠(yuǎn)鏡之間加入擴(kuò)束器，對激光束進(jìn)行預(yù)擴(kuò)束準(zhǔn)直。大氣（氣溶膠粒子和大氣 分子）的后向散射信號通過望遠(yuǎn)鏡后的光束直徑比較大，為了配合其它的光學(xué)器件，如耦 合器，需要在望遠(yuǎn)鏡后加入縮束器（擴(kuò)束器倒置），減小光束直徑。
[0005] 現(xiàn)有擴(kuò)束器鏡片數(shù)較多、結(jié)構(gòu)較復(fù)雜、且光能損失嚴(yán)重。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明的目的是針對現(xiàn)有擴(kuò)束器鏡片數(shù)較多、結(jié)構(gòu)較復(fù)雜、且光能損失嚴(yán)重的缺 陷，提出一種新型相干測風(fēng)激光雷達(dá)擴(kuò)束器，最終得到一種體積緊湊、結(jié)構(gòu)簡單、光能損失 少的相干測風(fēng)激光雷達(dá)擴(kuò)束器。
[0007] 本發(fā)明的目的是通過下述技術(shù)方案實現(xiàn)的。
[0008] -種新型相干測風(fēng)激光雷達(dá)擴(kuò)束器，其特征在于：包括1個輸入鏡和1個輸出鏡； 入射光經(jīng)過輸入鏡發(fā)散、擴(kuò)束到達(dá)輸出鏡，經(jīng)過輸出鏡對光束準(zhǔn)直、壓縮發(fā)散角，出光角度 近似平行光出射。
[0009] 所述輸入鏡為前表面為凹球面、后表面為平面的平凹透鏡；
[0010] 所述輸出鏡為前表面為平面、后表面為凸球面的平凸透鏡。
[0011] 有益效果：
[0012] 對比現(xiàn)有擴(kuò)束器，本發(fā)明采用1個平凹透鏡和1個平凸透鏡組合，減少了光能損 失，提高了光能利用率和準(zhǔn)直效果；使得該擴(kuò)束器光學(xué)系統(tǒng)體積小、結(jié)構(gòu)簡單，光能利用率 高，穩(wěn)定性高，成本低，解決了現(xiàn)有擴(kuò)束器鏡片數(shù)較多、結(jié)構(gòu)較復(fù)雜、光能損失嚴(yán)重等問題。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0013] 圖1為本發(fā)明中的新型相干激光測風(fēng)雷達(dá)擴(kuò)束器的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0014] 圖2為本發(fā)明中的新型相干激光測風(fēng)雷達(dá)擴(kuò)束器的原理示意圖；
[0015] 圖3為本發(fā)明中的新型相干激光測風(fēng)雷達(dá)擴(kuò)束器的光路圖；
[0016] 圖4為本發(fā)明中的新型相干激光測風(fēng)雷達(dá)擴(kuò)束器的調(diào)制傳遞函數(shù)（MTF)曲線圖； [0017] 圖5為本發(fā)明中的新型相干激光測風(fēng)雷達(dá)擴(kuò)束器的波前差圖；
[0018] 附圖標(biāo)記：1-輸入鏡、2_輸出鏡。

【具體實施方式】
[0019] 下面結(jié)合附圖及【具體實施方式】詳細(xì)介紹本發(fā)明。
[0020] 如圖1所示，本發(fā)明的一種新型相干測風(fēng)激光雷達(dá)擴(kuò)束器由一個平凹透鏡作為輸 入鏡1和一個平凸透鏡作為輸出鏡2組成，對激光器發(fā)射的光進(jìn)行壓縮發(fā)散角，準(zhǔn)直擴(kuò)束， 減少了光能損失，提高了激光的利用率。該擴(kuò)束器光學(xué)系統(tǒng)體積小、結(jié)構(gòu)簡單，光能利用率 高，穩(wěn)定性高，成本低。
[0021] 如圖2所示為擴(kuò)束器的工作原理圖，可以看出擴(kuò)束器通常包括一個輸入負(fù)透鏡和 一個輸出正透鏡。輸入鏡將一個虛焦點光束傳送給輸出鏡，兩個透鏡是虛共焦結(jié)構(gòu)。輸入 鏡將入射的激光束聚焦在前焦平面上（虛焦點），新的束腰《^和發(fā)散角θ'為

【權(quán)利要求】
1. 一種新型相干測風(fēng)激光雷達(dá)擴(kuò)束器，其特征在于，包括一個輸入鏡1和一個輸出鏡 2 ;入射光經(jīng)過輸入鏡1發(fā)散、擴(kuò)束到達(dá)輸出鏡，經(jīng)過輸出鏡2對光束準(zhǔn)直、壓縮發(fā)散角，出光 角度近似平行光出射。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種新型相干測風(fēng)激光雷達(dá)擴(kuò)束器，其特征在于，所述輸入 鏡1為前表面為凹球面、后表面為平面的平凹透鏡；所述輸出鏡2為前表面為平面、后表面 為凸球面的平凸透鏡。
【文檔編號】G01S7/481GK104142498SQ201410377136
【公開日】2014年11月12日 申請日期:2014年8月1日 優(yōu)先權(quán)日:2014年8月1日
【發(fā)明者】陳和, 董家寧, 張寅超, 陳思穎, 郭磐 申請人:北京理工大學(xué)