基于大口径入射光束的纯转动拉曼测温激光雷达扩束系统的制作方法
【技术领域】
[0001] 本实用新型属于激光大气遥感领域，尤其涉及一种基于大口径入射光束的纯转动 拉曼测温激光雷达扩束系统。
【背景技术】
[0002] 纯转动拉曼激光雷达测量大气温度属于光谱技术测温领域的一种雷达技术。该测 温激光雷达通过提取纯转动谱线关于温度变化趋势相反的两根或两部分谱线，可以得到温 度信息，对研宄大气物理机制产生重要影响。
[0003] 扩束系统是能够改变激光光束直径和发散角的透镜组件。在激光雷达发射系统 中，从激光器发出的激光束具有一定的发散角，为了增大系统的作用距离，就要减小发射 系统的发散角，可利用扩束系统压缩空间发散角来实现。
[0004] 纯转动拉曼测温激光雷达往往采用大功率激光器作为发射光源，从而伴随着入射 激光光束口径的增大。而目前现有的激光扩束系统针对的是小口径入射光束，其结构无法 消除大口径入射光束所产生的像差，导致出射光束准直性差，能量利用率低，严重限制了测 温激光雷达的探测高度以及精度。 【实用新型内容】
[0005] 为了克服以上技术的不足，本实用新型提供了一种基于大口径入射光束的纯转动 拉曼测温激光雷达扩束系统，用于激光工作波段为532nm的8倍定倍扩束，该系统能够有效 减小轴上和轴外像差，结构简单易调，能量利用率高，能够达到测温激光雷达的探测要求。
[0006] 本实用新型的技术解决方案是：本实用新型提供一种基于大口径入射光束的纯转 动拉曼测温激光雷达扩束系统，包括沿光路方向依次排列的目镜组和物镜组。
[0007] 所述目镜组为一个负弯月透镜，其凸面朝着入射光方向，通光口径为10mm。
[0008] 所述物镜组包括沿光路方向依次排列的负弯月透镜和正双凸透镜，通光口径均为 80_，其中负弯月透镜凸面朝着入射光方向。
[0009] 所述目镜组和物镜组间距可调；所述物镜组中的负弯月透镜与正双凸透镜间距固 定不变。
[0010] 所述纯转动拉曼测温激光雷达扩束系统具有固定扩束倍率，其倍率为8。
[0011] 所述纯转动拉曼测温激光雷达扩束系统的工作波长为532nm。
[0012] 所述目镜组透镜与物镜组透镜均镀有532nm高透膜，并采用K9玻璃材质。
[0013] 所述目镜组负弯月透镜左曲率半径为1000. 25mm，右曲率半径为27. 86mm。
[0014] 所述物镜组中负弯月透镜左曲率半径为757. 86mm，右曲率半径为437. 27mm。
[0015] 所述物镜组中正双凸透镜左曲率半径为898. 39mm，右曲率半径为232. 65mm。
[0016] 有益效果：对比现有扩束系统，本实用新型可适用于口径值最大可达IOmm的入射 光束的情况；采用双分离物镜组结构，大大减小了由于大口径入射光束所产生的像差；整 个系统仅仅采用3片透镜，在高功率激光器工作条件下，可有效减少光能损失；该特殊设计 结构已经考虑到二次反射像成像在镜片外部，提高了光损阈值。
【附图说明】
[0017] 附图1是本实用新型中的扩束系统结构示意图；
[0018] 附图2是本实用新型中的扩束系统光路不意图；
[0019] 附图3是本实用新型中的扩束系统点列图；
[0020] 附图4是本实用新型中的扩束系统波像差示意图；
[0021] 附图标记：1-目镜组负弯月透镜、2-物镜组负弯月透镜、3-物镜组正双凸透镜。
【具体实施方式】
[0022] 下面通过实施例，并结合附图，对本实用新型的技术方案作进一步具体的说明。
[0023] 本实用新型提供一种基于大口径入射光束的纯转动拉曼测温激光雷达扩束系统， 参阅图1，目镜组和物镜组沿光路方向依次排列，并在同一光轴上。目镜组由一个负弯月透 镜组成，通光口径为1〇_，中心厚度为2_，凸面朝着入射光方向，相比凹面朝着入射光方 向，可有效避免高功率激光会聚所引起的空气电离。物镜组由一个负弯月透镜和一个正双 凸透镜沿光轴方向依次排列组成，其中负弯月透镜通光口径为80mm，中心厚度为7mm，凸面 朝着入射光方向；正双凸透镜光口径为80mm，中心厚度为14mm。
[0024] 三个透镜均是采用K9材料加工而成，并且镀有532nm高透膜，透光率高达99. 7%。
[0025] 根据纯转动拉曼测温激光雷达的总体要求：扩束系统的扩束倍率为8倍，入射光 的口径为l〇mm，出射光的口径为80mm，入射光束发散角为500urad，出射光束发散角需达到 62. 5urad，波前差小于1/4 λ，每个透镜的边缘留有4mm的装夹余量。入射激光光束经过短 焦距目镜组，将高斯光束聚焦，以便获得极小的腰斑，然后经过长焦距物镜组，改善光束方 向性，得到很好的准直效果。扩束系统参数如表1所示，扩束系统光路图如图2所示。该扩 束系统结构简单，易于加工装调，球差小，能量利用率高，抗光损阈值高，准直效果好，可帮 助测温激光雷达完成50-100公里的精确探测。
[0026] 表1纯转动拉曼测温激光雷达扩束系统参数
[0027]
【主权项】
1. 一种基于大口径入射光束的纯转动拉曼测温激光雷达扩束系统，其特征在于：所述 扩束系统包括沿光路方向依次排列的目镜组和物镜组；所述目镜组为一个负弯月透镜，通 光口径为IOmm ;所述物镜组包括沿光路方向依次排列的负弯月透镜和正双凸透镜，通光口 径均为80mm ;所述目镜组和物镜组间距可调；所述物镜组中的负弯月透镜与正双凸透镜间 距固定不变。
2. 根据权利要求1所述的基于大口径入射光束的纯转动拉曼测温激光雷达扩束系统， 其特征在于，所述测温激光雷达扩束系统具有固定扩束倍率，其倍率为8。
3. 根据权利要求1所述的基于大口径入射光束的纯转动拉曼测温激光雷达扩束系统， 其特征在于，所述两个弯月透镜的凸面均朝着激光入射方向。
4. 根据权利要求1所述的基于大口径入射光束的纯转动拉曼测温激光雷达扩束系统， 其特征在于，所述测温激光雷达扩束系统的工作波长为532nm。
5. 根据权利要求1所述的基于大口径入射光束的纯转动拉曼测温激光雷达扩束系统， 其特征在于，所述目镜组透镜与物镜组透镜均镀有532nm高透膜。
6. 根据权利要求1所述的基于大口径入射光束的纯转动拉曼测温激光雷达扩束系统， 其特征在于，所述透镜玻璃材质采用K9玻璃。
7. 根据权利要求1所述的基于大口径入射光束的纯转动拉曼测温激光雷达扩束系统， 其特征在于，所述目镜组负弯月透镜左曲率半径为1000. 25_，右曲率半径为27. 86_。
8. 根据权利要求1所述的基于大口径入射光束的纯转动拉曼测温激光雷达扩束系统， 其特征在于，所述物镜组中负弯月透镜左曲率半径为757. 86mm，右曲率半径为437. 27mm。
9. 根据权利要求1所述的基于大口径入射光束的纯转动拉曼测温激光雷达扩束系统， 其特征在于，所述物镜组中正双凸透镜左曲率半径为898. 39mm，右曲率半径为232. 65mm。
【专利摘要】本实用新型属于激光大气遥感领域，提供了一种基于大口径入射光束的纯转动拉曼测温激光雷达扩束系统。现有激光扩束系统在使用大口径入射光束情况下，抗光损阈值小，像差较大，准直效果不理想，大大限制了测温激光雷达的探测距离。本实用新型采用伽利略系统光路，包括一个目镜组和一个物镜组；目镜组为单个负弯月透镜，其凸面朝着入射光方向；物镜组由一个负弯月透镜和一个正双凸透镜组成，其中负弯月透镜的凸面朝着入射光方向；该扩束系统可精准实现8倍扩束，输出平行光束，可适用于口径值最大可达10mm的入射光束的情况；其结构简单，易于加工装调，有效减小球差，能量利用率高，准直效果好，可帮助测温激光雷达完成50-100公里的精确探测。
【IPC分类】G01S17-95, G01S7-481
【公开号】CN204422748
【申请号】CN201520157283
【发明人】潘向亮
【申请人】武汉大学
【公开日】2015年6月24日
【申请日】2015年3月19日