、偏振分束 器42、四分之一波片43和第二光纤准直器44。上述部件的位置关系如下：：1分2光纤分 束器31通过端口 21接收激光光源11发出的激光，并将接收到的激光分成两路，一路作为 激光功率参考信号，通过端口 22输出，另一路经过第一光纤准直器41输出到偏振分束器42 上，偏振分束器42将接收到的线偏振光分为水平（H方向）偏振光束和垂直（V方向）偏振 光束，水平（H方向）偏振光束透过偏振分束器42,经过四分之一波片43转换为圆偏振光通 过端口 23出射到激光光束扫描振镜13上，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上，再通过端 口 23出射到四分之一波片43上转换为垂直（V方向）偏振光束，经过偏振分束器42反射 后，经过第二光纤准直器44耦合进光纤，通过端口 24输出到光电探测器15上。
[0037] 所述的第三光收发结构包括：光纤隔离器51、2X2光纤親合器52和第一光纤准直 器33。上述部件的位置关系如下：光纤隔离器51通过端口 21接收激光光源11输出的激 光，并出射到2X2光纤耦合器52上，经过2X2光纤耦合器52分为两路激光，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，另一路经过第一光纤准直器33,通 过端口 23出射到激光光束扫描振镜13上，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上，再通过端 口 23入射到第一光纤准直器33上，第一光纤准直器33接收扫描角度触发光信号并耦合进 2 X 2光纤耦合器52中分为两路，一路经过光纤隔离器51进行隔离，另一路通过端口 24输 出到光电探测器15上。
[0038] 所述的第一反射镜组由一个反射镜61组成。当激光光束扫描振镜13扫描到与反 射镜61的夹角为Θ 1时，激光光束扫描振镜13上的反射光与反射镜61反射面垂直，反射镜 61反射激光，通过激光光束扫描振镜13再次反射，通过端口 23输出到光收发结构12中。
[0039] 所述的第二反射镜组由反射镜62和反射镜63组成。上述部件的位置关系如下： 反射镜62与反射镜63的夹角为Θ 3,当激光光束扫描振镜13扫描到与反射镜62的夹角为 Θ 1时，激光光束扫描振镜13上的反射光与反射镜61反射面垂直，反射镜62反射激光，通 过激光光束扫描振镜13再次反射，通过端口 23输出到光收发结构12中；当激光光束扫描 振镜13扫描到与反射镜63的夹角为Θ 2时，激光光束扫描振镜13上的反射光与反射镜63 反射面垂直，反射镜63反射激光，通过激光光束扫描振镜13再次反射，通过端口 23输出到 光收发结构12中。
[0040] 所述的第一光纤准直器33的发射光与接收光的夹角Θ，为第一光纤准直器33接 收光的偏转角（请参见图7)。光纤准直器的耦合效率Ile与Θ的关系如下：
[0041 ]
? πΟω
[0042] 其中β = D为第一光纤准直器33前端透镜口径，f为第一光纤准直器33焦 距，ω为第一光纤准直器33接入的光纤芯径，λ为第一光纤准直器33接收的光波长。通 过几何光学可以推算出，偏转角Θ为激光光束扫描振镜13扫描角的4倍，激光光束扫描振 镜13的一个微小角度偏转可以输出一个窄触发脉冲，可以实现很高的触发精度。
[0043] 下面列举一个实施例1的具体设计参数：
[0044] 光收发结构12为第一类光收发结构，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。激光器11输出激光波长λ为1550nm，第一光纤准直器33 口径D为 3mm，第一光纤准直器33焦距f为15. 58mm，光纤环形器32的芯径ω为10. 4um为，图8为 实施例1具体设计参数下的光纤准直器耦合效率随接收光偏转角变化关系图。经过计算可 以得到能耦合进第一光纤准直器33的接收光偏转角为2mrad。模拟除法器16输出电压噪 声功率谱密度为50nV / 带宽为250MHz，可以计算出模拟除法器16输出噪声电压为 0. 79mV。模拟除法器16输出峰值电压为IV，采集卡12位采集，采样率为60MHz，可以得出 采集卡量化误差为〇. 〇7mV。激光光束扫描振镜13角速度为1400rad/s，耦合进第一光纤准 直器33的接收光偏转角为激光光束扫描振镜13的扫描角的4倍，因此耦合进第一光纤准 直器33的接收光偏转角速度为5600rad/s，可以得出耦合进第一光纤准直器33的接收光每 偏转93. 33urad采集卡采集一次，同样可以根据模拟除法器16输出触发信号峰值电压IV， 得出采集卡每次采集信号的平均增幅为93. 33mV，远大于模拟除法器16输出噪声和采集卡 量化噪声。因此设计的激光光束扫描角度触发装置可以实现激光光束扫描振镜23. 33urad 扫描角的触发精度。
【主权项】
1. 一种激光光束扫描角度触发装置，特征在于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)，所述的 光收发结构（12)包括第一端口（21)、第二端口（22)、第三端口（23)和第四端口（24)，激 光光源（11)的输出端接光收发结构（12)的第一端口（21)，输入的激光在光收发结构（12) 分为两路：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)并转 换为参考电信号，该参考电信号输出至模拟除法器（16)上；另一路经过第三端口（23)出 射到所述的激光光束扫描振镜（13)上，经激光光束扫描振镜（13)反射激光到是的反射镜 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，该反射镜组（14)反射的激光返回所述的激光光束扫描振镜（13)，再通过第三端口 (23)进入所述的光收发结构（12)，由第四端口（24)输出扫描角度触发光信号经光电探测 器（15)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（16)，该模拟除法器（16)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。2. 根据权利要求1所述的激光光束扫描角度触发装置，其特征在于所述的光收发结构 为第一光收发结构、第二光收发结构或第三光收发结构。3. 根据权利要求2所述的激光光束扫描角度触发装置，其特征在于所述的第一光收发 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)和第三端口（23) 输出到激光光束扫描振镜（13)，返回的激光经第三端口（23)、第一光纤准直器（33)、光纤 环形器（32)、第四端口（24)输入所述的光电探测器（15)。4. 根据权利要求2所述的激光光束扫描角度触发装置，其特征在于所述的第二光收发 结构包括：1分2光纤分束器（31)、第一光纤准直器（41)、偏振分束器（42)、四分之一波片 (43)和第二光纤准直器（44)，所述的1分2光纤分束器（31)经第一端口（21)与所述的 激光光源（11)的输出端相连，所述的1分2光纤分束器（31)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（22)输出到所述的光电探测器（15)，另一路经过 第一光纤准直器（41)、偏振分束器（42)，该偏振分束器（42)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（42)，经过四分之一波片 (43)转换为圆偏振光经第三端口（23)出射到所述的激光光束扫描振镜，返回的激光经第 三端口（23)、四分之一波片（43)、偏振分束器（42)、第二光纤准直器（44)、第四端口（24) 输入所述的光电探测器（15)。5. 根据权利要求2所述的激光光束扫描角度触发装置，其特征在于所述的第三光收发 结构包括：光纤隔离器（51)、2X2光纤耦合器（52)和第一光纤准直器（33)，所述的光纤隔 离器（51)经第一端口（21)与所述的激光光源（11)的输出端相连，所述的光纤隔离器（51) 将输入的激光出射到2 X 2光纤親合器（52)，该2 X 2光纤親合器（52)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（22)输出到所述的光电探测器（15)，另一路经 过第一光纤准直器（33)、第三端口（23)出射到激光光束扫描振镜（13)，返回的激光经第三 端口（23)、第一光纤准直器（33)、第四端口（24)输入所述的光电探测器（15)。6. 根据权利要求1所述的激光光束扫描角度触发装置，其特征在于所述的激光光束扫 描振镜（13)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。7. 根据权利要求1所述的激光光束扫描角度触发装置，其特征在于所述的反射镜组 (14)为一个反射镜或二个反射镜组成。8. 根据权利要求1至7任一项所述的激光光束扫描角度触发装置，其特征在于所述的 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。
【专利摘要】一种激光光束扫描角度触发装置，包括了激光光源、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。本发明以高速激光光束扫描振镜为基础，能够实现高速高精度的激光光束扫描角度触发，可以在扫描振镜扫描的一个周期内生成两个或四个激光光束扫描角度触发脉冲，具有很大的灵活性和实用性。本发明装置还具有结构简单紧凑，易于实现，抗干扰能力强，受外界杂散光和平台振动的影响较小等特点，具有广泛的应用前景。
【IPC分类】G02B26/10
【公开号】CN105137595
【申请号】CN201510428818
【发明人】周煜, 张国, 蔡光宇, 卢智勇, 张宁, 李光远, 贾昱成, 孙建锋, 刘立人
【申请人】中国科学院上海光学精密机械研究所
【公开日】2015年12月9日
【申请日】2015年7月20日