一種雙通道復合波長紅外激光雷達發(fā)射系統(tǒng)光學鏡頭的制作方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及光學鏡頭，具體涉及一種雙通道復合波長紅外激光雷達發(fā)射系統(tǒng)光學鏡頭O
【背景技術】
[0002]目標的激光散射特性是最重要的光學特性之一，是激光測量系統(tǒng)探測、識別目標的依據(jù)，目標對象的激光散射特性決定了激光測量系統(tǒng)的主要技術參數(shù)甚至工作體制的選擇。激光雷達散射截面(LRCS)能夠全面反映激光波長、偏振、目標表面材料的方向散射特性及粗糙度、目標幾何結構形狀等各種因素對目標激光散射特性的影響。開展目標激光散射特性測量，獲取相應數(shù)據(jù)，統(tǒng)計目標的激光散射截面(LRCS)特性，可為激光雷達研制、試驗、仿真和使用提供技術支撐。
[0003]在對大氣、風場等的測量研宄中，提出了一系列激光雷達，目前對于復合波長的激光雷達常采用消色差設計，實現(xiàn)多波長共口徑輸出的方式，專利CN201310586672.0公開了一種大氣細粒子時空分布拉曼米散射激光雷達測量裝置，裝置工作在532nm、355nm和387nm波長，發(fā)射光學設計使用單一的多波長耦合發(fā)射望遠鏡，但是只有一個發(fā)射通道。另外一種方案是采用多個單波長的發(fā)射通道，如專利CN200910185155.6公布了一種激光雷達對稱分布式光束發(fā)射接收方法與裝置，采用多個波長光束的獨立發(fā)射設計與接收方法，多個波長無法公用發(fā)射通道，且發(fā)射通道的通光口徑相同。
[0004]為了實現(xiàn)對縮比模型不同激光波長的全口徑光束和小口徑光束掃描方式的雷達散射截面測試與分析，需要建立一套激光雷達散射截面測量系統(tǒng)。根據(jù)實際需要，全口徑測試和小口徑掃描測試的平行光束口徑分別為250mm和15mm，測試波長點為0.860 μ m和1.064 μ m。本發(fā)明提出的雙通道、復合工作波長近紅外激光雷達發(fā)射系統(tǒng)的光學鏡頭，實現(xiàn)不同口徑的平行光束的輸出尚未有報道。

【發(fā)明內容】

[0005]本發(fā)明的目的在于提供一種雙通道復合波長紅外激光雷達發(fā)射系統(tǒng)光學鏡頭，本發(fā)明通過兩路光學通道共用激光光源和一級擴束系統(tǒng)，兩路光學通道輸出不同口徑的平行光束，通過轉換鏡切換進行分時工作，滿足了緊湊化和低成本的要求，實現(xiàn)了模塊化設計；共用的一級擴束系統(tǒng)利用兩種光學材料進行消色差設計，滿足復合工作波長的需求，通過改變激光光源輸出波長，系統(tǒng)能實現(xiàn)復合工作波長、雙光學通道輸出不同口徑平行光束的多工作模態(tài)。它具有系統(tǒng)集成度高、切換方便、精度高、可靠性好的特點，且鏡頭結構合理、成本低。
[0006]本發(fā)明提出的一種雙通道復合波長紅外激光雷達發(fā)射系統(tǒng)光學鏡頭，包括相互平行的兩路光學通道，可移動的切換機構以及兩路光學通道共用的波長可調激光光源和一級擴束系統(tǒng)；所述相互平行的兩路光學通道中，第一路光學通道包括依次設置的一級擴束透鏡組和二級擴束反射發(fā)射鏡組，第二路光學通道包括依次設置的共用的一級擴束透鏡組和發(fā)射透鏡組；所述兩路光學通道共用一級擴束透鏡組，所述一級擴束透鏡組由第一透鏡1、第二透鏡2、第三透鏡3和第四透鏡4組成，所述二級擴束反射發(fā)射鏡組包括第一反射鏡7和第二反射鏡8，所述發(fā)射透鏡組包括第五透鏡5和第六透鏡6，所述可移動的切換機構包括一塊可移動的第三反射鏡9和一塊與之平行固定的第四反射鏡10構成，其中:第一透鏡1、第三透鏡3、第五透鏡5均為凹透鏡，第二透鏡2、第四透鏡4、第六透鏡6均為凸透鏡，第一反射鏡7為凸非球面反射鏡，第二反射鏡8為凹非球面反射鏡，第三反射鏡9和第四反射鏡10均為平面反射鏡；第一透鏡I的進光口對準波長可調激光光源11，第一透鏡I的出光口對準第二透鏡2的進光口，第二透鏡2的出光口對準第三透鏡3的進光口，第四透鏡4出光口對準第一反射鏡7的進光口，第一反射鏡7的出光口對準第二反射鏡8的進光口，使第一路光學通道工作；當?shù)谒耐哥R4出光口對準第三反射鏡9的進光口，第三反射鏡9的出光口對準第四反射鏡10的進光口，第四反射鏡10的出光口對準第五透鏡5的進光口時，使第二路光學通道工作；通過可活動的第三反射鏡9的切換，實現(xiàn)兩路光學通道的相互切換。
[0007]本發(fā)明中，一級擴束透鏡組的第一透鏡前后表面曲率半徑范圍依次為-12mm14mm和12mm~14mm，光學厚度為2.5mm~3.5mm,光學材料為BK7玻璃；所述的第二透鏡前后表面曲率半徑范圍依次為17mm~19mm和_94mm96mm，光學厚度范圍2.5mm~3.5mm，光學材料為F2玻璃；所述的第三透鏡前后表面曲率半徑范圍依次為-80mm82mm和36mm~38mm，光學厚度范圍6mm~8mm，光學材料為F2玻璃；所述的第四透鏡前后表面曲率半徑范圍依次為38mm~40mm和-32mm~-34mm，光學厚度范圍6mm~8mm，光學材料為BK7玻璃；所述的第一反射鏡7的曲率半徑為47mm~50mm，非球面系數(shù)為-0.9?-1.1 ;所述的第二反射鏡8的曲率半徑為748mm~752mm，非球面系數(shù)為-0.9?-1.1 ;所述的第五透鏡前后表面曲率半徑范圍依次為559mm~561mm和133mm~136mm，光學厚度范圍4mm~6mm，光學材料為F2玻璃；所述的第六透鏡前后表面曲率半徑范圍依次為147mm~150mm和平面，光學厚度范圍4mm~6mm，光學材料為BK7玻璃。其中:規(guī)定圖中所有光學元件左側表面為前表面，右側表面為后表面。
[0008]本發(fā)明中，第一透鏡與第二透鏡之間的距離為0.5mm?Imm ;所述的第二透鏡與第三透鏡之間的距離為93mm?96mm ;所述的第三透鏡與第四透鏡之間的距離為0.5mm?Imm ;所述的第四透鏡與第一反射鏡之間的距離為470mm?490mm ;所述的第一反射鏡與第二反射鏡之間的距離為350mm?352mm ;所述的第四透鏡與第三反射鏡之間的距離為18mm?22mm ;所述的第三反射鏡與第四反射鏡之間的距離為148mm?152mm ;所述的第四反射鏡與第五透鏡之間的距離為458mm~462mm ;所述的第五透鏡與第六透鏡之間的距離為1.5mm ?2.5mm0
[0009]本發(fā)明的有益效果在于:利用同一輸出波長可調的激光光源和共用一級擴束系統(tǒng)，第一光學通道后接反射式擴束鏡，第二光學通路后接透鏡組組成發(fā)射系統(tǒng)，兩個通道輸出不同口徑的平行光束，通過平面轉換鏡切換進行分時工作，滿足了緊湊化和低成本的要求，實現(xiàn)了模塊化設計；共用的一級擴束系統(tǒng)利用兩種光學材料進行消色差設計，滿足復合工作波長的需求，通過改變激光光源輸出波長，系統(tǒng)功能實現(xiàn)復合工作波長、雙發(fā)射通道輸出不同口徑平行光束的多工作模態(tài)。本發(fā)明中的兩路光學通道光軸平行，在調整好測試設備與待測目標后，僅僅調整系統(tǒng)的工作波長和移動切換鏡即可對待測目標進行不同波段、不同測試模式的測量，顯著提高了測量的便捷性。從工程應用角度考慮，為確保系統(tǒng)的切換復位精度，采用了固定大口徑折反射通道，對小口徑發(fā)射通道加入反射鏡切換機構的方式，實際上還可以選擇第一光學通道全折射、在第二通道中加入反射切換的結構型式，但這種結構型式對反射鏡的復位精度要求更高，系統(tǒng)容差小于本發(fā)明的復位容差。
【附圖說明】
[0010]圖1 一種雙通道復合波長紅外激光雷達發(fā)射系統(tǒng)光學鏡頭的第一光學通道工作時的示意圖。
[0011]圖2—種雙通道復合波長紅外激光雷達發(fā)射系統(tǒng)光學鏡頭的第二光學通道工作時的示意圖。
[0012]圖3 —種雙通道復合波長紅外激光雷達發(fā)射系統(tǒng)光學鏡頭的第一光學通道工作時的圓能量分布圖。
[0013]圖4 一種雙通道復合波長紅外激光雷達發(fā)射系統(tǒng)光學鏡頭的第一光學通道工作時的點列圖。
[0014]圖5 —種雙通道復合波長紅外激光雷達發(fā)射系統(tǒng)光學鏡頭的第一光學通道工作時的波前畸變圖。
[0015]圖6 —種雙通道復合波長紅外激光雷達發(fā)射系統(tǒng)光學鏡頭的第二光學通道工作時的圓能量分布圖。
[0016]圖7—種雙通道復合波長紅外激光雷達發(fā)射系統(tǒng)光學鏡頭的第二光學通道工作時的點列圖。
[0017]圖8—種雙通道復合波長紅外激光雷達發(fā)射系統(tǒng)光學鏡頭的第二光學通道工作時的波前畸變圖。
[0018]圖1和圖2中:1、第一透鏡；2、第二透鏡；3、第三透鏡；4、第四透鏡；5、第五透鏡；6、第六透鏡；7、第一反射鏡；8、第二反射鏡；9、第三反射鏡；10、第四反射鏡；11、波長可調激光光源。
【具體實施方式】
[0019]下面結合附圖和實施例對本發(fā)明作進一步描述。
[0020]圖1和圖2所示為一種雙通道復合波長紅外激光雷達發(fā)射系統(tǒng)光學鏡頭的最佳實施例原理圖。第一光學通道工作波長分別為0.860 ym和1.064 μ m，光焦度為0，根據(jù)激光器的特性，全視場為0.1°，共采用了 6片透鏡，包括共用前級擴束系統(tǒng)4片透鏡和二級反射擴束組2片非球面反射鏡，實現(xiàn)了 83倍擴束，輸出250mm平行光束；一級擴束系統(tǒng)采用了BK7和F2兩種材料組合實現(xiàn)了消色差設計。第二光學通道的工作波長分別為0.860 μπι和1.064 μ m，光焦度為0，鏡頭中米用8片透鏡，光學鏡頭與第一光學通道共用一級擴束系統(tǒng)，通過一組2片45°平行平面反射鏡進行光路折轉，后接2片發(fā)射透鏡組，實現(xiàn)了 5倍擴束，輸出15_的平行光束。兩個光學通道采用了 BK7和F2兩種材料組合實現(xiàn)了消色差設計，滿足在0.860 μ m和1.064 μ m波長下均能正常工作。當光路切換反射鏡第三反射鏡沿著-OY方向移出光路后，第一光學通道處于工作狀態(tài)；當光路切換反射鏡第三反射鏡沿著OY方向移入光路后，第二光學通道處于工作狀態(tài)。
[0021]具體說，一種雙