激光光束扫描角度触发装置的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种激光光束扫描角度触发装置。
【背景技术】
[0002] 高速高精度激光光束扫描角度触发是深空探测、卫星激光通信、激光成像雷达等
技术领域中的关键技术（参见[1]李安虎，刘立人，孙建锋.大口径精密激光光束扫描装置 [J].机械工程学报，2009, 45(1) :200~204.)。实现高速高精度激光光束扫描角度触发需 要对微小扫描角度具有很快的响应速度。在旋转机械的控制中，对于角位置精密定位和测 量已有比较成熟的方法，在角位置的测量中经常采用圆感应同步器或者光学轴角编码器作 为角位置传感器，配以相应的处理电路及显示输出接口，可以得到很高的测角精度，但由于 这些测角设备的体积、重量和功耗都比较大，从而限制了他们的运用（参见[2]张伯珩，边 川平，李露瑶等.光电位置传感器在转角精密定位中的应用[J].光子学报，2001，30(4): 505~507.)。通过精确识别接收光斑的位置能够精确计算激光照射方位，并根据成像理 论进一步计算激光入射角度，光束的角度偏移信息从而转换为光电探测器平面上的光斑偏 移量，这种由识别接收光斑位置推算出光束角度偏移信息的技术主要有CCD成像探测技 术、四象限探测技术等。CCD靶面通常具有很高空间分辨率，对激光入射角度的测量可以达 到很高的精度，但由于CCD工作原理限制，在信号转移阶段，CCD对照射到其光敏面上的光 信号不敏感，当测量高速扫描角度时容易产生漏检，CCD帧频越低，漏检率越高（参见[3] 陈云亮，于思源，马晶等.一种新型的卫星光通信高速跟瞄探测装置[J].光电子?激光， 2005, 16(5) :596~600. [4]吴海波，程玉宝，张创新.激光方位探测技术的分析[J].中国 电子科学研究院学报，2010, 5(2) : 159~164.)。
【发明内容】
[0003] 本发明的目的在于提出一种激光光束扫描角度触发装置，以实现高速高精度的激 光触发。该装置具有触发精度高、响应速度快、抗干扰能力强和结构简单的特点，具有广泛 的应用。
[0004] 本发明的技术解决方案如下：
[0005] -种激光光束扫描角度触发装置，特点在于其构成包括激光光源、光收发结构、激 光光束扫描振镜、反射镜组、光电探测器和模拟除法器，所述的光收发结构包括第一端口、 第二端口、第三端口和第四端口，激光光源的输出端接光收发结构的第一端口，输入的激光 在光收发结构分为两路：一路作为激光功率参考信号经第二端口输入所述的光电探测器并 转换为参考电信号，该参考电信号输出至模拟除法器；另一路经过第三端口出射到所述的 激光光束扫描振镜上，经激光光束扫描振镜的反射激光输出到反射镜组上，当激光光束扫 描振镜反射的激光与反射镜组内的反射镜的反射面相垂直时，该反射镜组反射的激光返回 所述的激光光束扫描振镜，再通过第三端口进入所述的光收发结构，由第四端口输出扫描 角度触发光信号经光电探测器转换为扫描角度触发脉冲电信号，该扫描角度触发脉冲电信 号进入所述的模拟除法器，该模拟除法器将所述的扫描角度触发脉冲电信号除以所述的参 考电信号，输出稳定的激光光束扫描角度触发脉冲电信号。
[0006] 所述的光收发结构为第一光收发结构、第二光收发结构或第三光收发结构。
[0007] 所述的第一光收发结构包括：1分2光纤分束器、光纤环形器和第一光纤准直器， 所述的1分2光纤分束器通过第一端口接所述的激光光源的输出端，所述的1分2光纤分 束器将接收到的激光分成两路：一路作为激光功率参考信号，经第二端口输入所述的光电 探测器，另一路经光纤环形器、第一光纤准直器和第三端口输出到激光光束扫描振镜，返回 的激光经第三端口、第一光纤准直器、光纤环形器、第四端口输入所述的光电探测器。
[0008] 所述的第二光收发结构包括：1分2光纤分束器、第一光纤准直器、偏振分束器、四 分之一波片和第二光纤准直器，所述的1分2光纤分束器经第一端口与所述的激光光源的 输出端相连，所述的1分2光纤分束器将输入的激光分成两路激光：一路作为激光功率参考 信号从第二端口输出到所述的光电探测器，另一路经过第一光纤准直器、偏振分束器，该偏 振分束器将接收到的线偏振光分为水平偏振光束和垂直偏振光束，所述的水平偏振光束透 过偏振分束器，经过四分之一波片转换为圆偏振光经第三端口出射到所述的激光光束扫描 振镜，返回的激光经第三端口、四分之一波片、偏振分束器、第二光纤准直器、第四端口输入 所述的光电探测器。
[0009] 所述的第三光收发结构包括：光纤隔离器、2X2光纤親合器和第一光纤准直器， 所述的光纤隔离器经第一端口与所述的激光光源的输出端相连，所述的光纤隔离器将输入 的激光出射到2 X 2光纤耦合器，该2 X 2光纤耦合器将输入光分为两路激光：一路作为激光 功率参考信号经第二端口输出到所述的光电探测器，另一路经过第一光纤准直器、第三端 口出射到激光光束扫描振镜，返回的激光经第三端口、第一光纤准直器、第四端口输入所述 的光电探测器。
[0010] 所述的激光光束扫描振镜是平面光束扫描振镜或具有多个扫描面的激光光束扫 描振镜。
[0011] 所述的反射镜组为一个反射镜或二个反射镜组成。
[0012] 所述的光电探测器为双通道的光电探测器，一个通道探测角度触发光信号，另一 个通道探测激光功率参考信号。
[0013] 本发明具有如下特点：
[0014] 1、本发明所述的反射镜组由一块或两块反射镜组成，可以在激光光束扫描一个周 期内生成两个或四个扫描角度触发脉冲信号，具有很大的灵活性。
[0015] 2、本发明所述的光收发结构有三种不同的结构，可以根据实际情况进行选择，具 有很强的实用性。
[0016] 3、本发明所述的光收发结构接收的扫描角度触发光信号偏转角度为激光光束扫 描振镜扫描角的4倍，并且通过光纤准直器收集触发光信号，可以实现高精度的扫描角度 触发。
[0017] 4、本发明装置结构简单紧凑，易于实现，受外界杂散光和平台振动的影响较小。
[0018] 本发明的技术效果：
[0019] 1、光收发结构中，光纤准直器的耦合角度较小，输出激光光束扫描角度触发脉冲 脉宽较窄，通过合理设置扫描角度触发脉冲的触发点，可以达到高精度的扫描角度触发。
[0020] 2、激光光束扫描振镜可以用平面振镜也可以用具有多个扫描面的激光光束扫描 振镜，从而实现对一个或多个扫描角度同时触发。
[0021] 3、本发明所述的光电探测器将光收发结构接收的角度触发信号和激光器功率参 考信号转换为电信号，输出到模拟除法器中进行除法运算，可以大大降低激光光源输出激 光功率波动对扫描角度触发脉冲信号的影响，并且模拟除法器相对于数字除法器来说不需 要复杂的算法实现，响应速度快，结构更为简单。
【附图说明】
[0022] 图1为本发明实施例1激光光束扫描角度触发装置总体结构图。
[0023] 图2为本发明实施例1激光光束扫描角度触发装置的第一光收发结构的结构图。
[0024] 图3为本发明实施例1激光光束扫描角度触发装置的第二光收发结构的结构图。
[0025] 图4为本发明实施例1激光光束扫描角度触发装置的第三光收发结构的结构图。
[0026] 图5为本发明实施例1激光光束扫描角度触发装置的第一反射镜的结构图。
[0027] 图6为本发明实施例1激光光束扫描角度触发装置的第二反射镜的结构图。
[0028] 图7为本发明实施例1第一光纤准直器接收光偏转角不意图。
[0029] 图8为本发明实施例1第一光纤准直器耦合效率随接收光偏转角变化关系图。
【具体实施方式】
[0030] 下面结合附图和实施例对本发明进一步详细说明，但不应以此限制本发明的保护 范围。
[0031] 先参阅图1，图1是本发明激光光束扫描角度触发装置总体结构图。由图1可见， 本发明激光光束扫描角度触发装置，其构成包括：激光光源11、光收发结构12、激光光束扫 描振镜13、反射镜组14、光电探测器15和模拟除法器16。上述部件位置关系如下：
[0032] 所述的激光光源11通过端口 21输出激光到光收发结构12中，经过光收发结构12 分为两路，一路作为激光功率参考信号，通过端口 22输出到光电探测器15上，再通过端口 25输出电信号到模拟除法器16上；另一路经过端口 23出射到激光光束扫描振镜13上，激 光光束扫描振镜13反射激光到反射镜组14上，当激光光束扫描振镜13反射的激光与反射 镜组14内的反射镜的反射面相垂直时，反射镜组14反射激光到激光光束扫描振镜13上， 再通过端口 23输入到光收发结构12中，再通过端口 24输出扫描角度触发光信号到光电探 测器15上转换为扫描角度触发脉冲电信号，再通过端口 26输出扫描角度触发脉冲电信号 到模拟除法器16上，模拟除法器16将端口 26输出的电信号除以端口 25输出的电信号，输 出稳定的激光光束扫描角度触发脉冲电信号。
[0033] 所述的光收发结构12包括三种结构，即第一光收发结构（请参见图2)、第二光收 发结构（请参见图3)和第三光收发结构（请参见图4)。
[0034] 所述的反射镜组为第一反射镜组（请参见图5)或第二反射镜组（请参见图6)。
[0035] 所述的第一光收发结构包括：1分2光纤分束器31、光纤环形器32和第一光纤准 直器33。所述的1分2光纤分束器31通过第一端口 21接所述的激光光源11的输出端，所 述的1分2光纤分束器31将接收到的激光分成两路：一路作为激光功率参考信号，经第二 端口 22输入所述的光电探测器15,另一路经光纤环形器32,第一光纤准直器33,经第三端 口 23输出到激光光束扫描振镜13,当激光光束扫描振镜13反射的激光与反射镜组14内反 射镜的反射面相垂直时，反射镜组14反射激光到激光光束扫描振镜13,再经第三端口 23被 第一光纤准直器33接收，经过光纤环形器32,通过第四端口 24输出到光电探测器15上。
[0036] 所述的第二光收发结构包括：1分2光纤分束器31、第一光纤准直器41