拉曼-米散射激光雷达的发射系统的制作方法
【技术领域】
[0001] 本实用新型涉及一种拉曼-米散射激光雷达中的发射系统，属于激光雷达配套设 备领域。
【背景技术】
[0002] 在人类赖以生存的地球周围包围着一层厚达数百千米的地球大气，它的状态和变 化不但与地球的气候、环境、气象等息息相关，更与人类以及其它生物的活动都有着直接或 间接的影响。其中大气温度和气溶胶浓度是和人类生产生活关系最为紧密的大气参数之 〇
[0003] 1928年印度科学家C. V. Raman和K. S. Krishnan在研究液态苯的散射过程中发现 了拉曼效应，并因此而命名。与米散射不同的是，拉曼散射是一种非弹性散射，具有散射光 频率不同于照射光频率的特点，拉曼散射发生的频移量只与分子本身的性质有关。
[0004] 各国基于拉曼效应设计出了相应的激光雷达，在设计的激光雷达中，以拉曼-米 散射激光雷达作为最常见的激光雷达，激光雷达的激光发射部分尤为重要，目前最常用的 是直接发射的激光，存在误差较大、精度较低等问题。 【实用新型内容】
[0005] 为了克服现有技术的不足，解决好现有技术的问题，弥补现有目前市场上现有产 品的不足。
[0006] 本实用新型提供了一种拉曼-米散射激光雷达的发射系统，发射系统包括激光发 射器、第一折射镜、第二折射镜、分光镜和激光扩束镜，所述激光扩束镜由凹透镜和凸透镜 构成，所述第一折射镜和第二折射镜。
[0007] 优选的，上述激光发射器为Nd :YAG激光器，初始波长为1064nm。
[0008] 优选的，上述激光发射器通过二倍频、三倍频和四倍频分别可获得532nm、355nm 以及266nm波长的激光。
[0009] 优选的，上述第一折射镜和第二折射镜平行放置。
[0010] 优选的，上述激光扩束镜内部按照光路方向依次设置凹透镜和凸透镜。
[0011] 优选的，上述激光发射器发射出的激光依次经过第一折射镜、第二折射镜、分光镜 和激光扩束镜后出射。
[0012] 本实用新型提供的拉曼-米散射激光雷达的发射系统选用了 NchYAG激光器，可在 不同的倍频条件获得不同波长的激光，同时设计了多个折射镜和多个透镜的激光扩束镜， 提高了出射激光的精度，使用简单方便。
【附图说明】
[0013] 图1为本实用新型结构示意图；
[0014] 图2为本实用新型四种波长激发的氮分子转动拉曼等效微分后向散射截面图；
[0015] 图3为本实用新型激光扩束镜光路不意图。
[0016] 附图标记：1_激光发射器；2-第一折射镜；3-第二折射镜；4-分光镜；5-激光扩 束镜；6-凹透镜；7-凸透镜。
【具体实施方式】
[0017] 为了便于本领域普通技术人员理解和实施本实用新型，下面结合附图及具体实施 方式对本实用新型作进一步的详细描述。
[0018] 如图1是本实用新型的拉曼-米散射激光雷达的发射系统，包括激光发射器1、第 一折射镜2、第二折射镜3、分光镜4和激光扩束镜5,所述激光扩束镜5由凹透镜6和凸透 镜7构成，所述第一折射镜2和第二折射镜3。激光发射器1为Nd :YAG激光器，初始波长为 1064nm。激光发射器1通过二倍频、三倍频和四倍频分别可获得532nm、355nm以及266nm 波长的激光。第一折射镜2和第二折射镜3平行放置。激光扩束镜5内部按照光路方向依 次设置凹透镜6和凸透镜7。激光发射器1发射出的激光依次经过第一折射镜2、第二折射 镜3、分光镜4和激光扩束镜5后出射。
[0019] 激光器是决定激光雷达整体性能的关键要素之一。激光器的技术指标主要有：输 出波长、单脉冲能量、脉冲重复频率、脉冲宽度和光束发散角。激光器的种类有很多，包括气 体激光器、固体激光器、半导体激光器等。其中固体激光器具有较高的稳定性和较大的功 率，因此本实用新型选用的是Nd :YAG激光器。初始波长为1064nm，通过二倍频、三倍频和 四倍频分别可获得532nm、355nm以及266nm波长的激光。激光发射波长通常考虑下面几点 因素：
[0020] ①发射波长选择在大气窗口内，这样可以保证传输距离较远，有足够的探测范 围；
[0021] ②大气对该波长的后向散射截面要比较大，这样可使得回波信号较强，提高信噪 比；
[0022] ③对应波长的拉曼散射谱线间距不能太小，这主要是考虑到后面分光系统的设计 难度问题；
[0023] ④相应波长的探测器噪声要尽可能小，以提高信噪比。
[0024] 综合以上分析，图2仿真了 300K情况下四种波长激发的氮分子转动拉曼等效微 分后向散射截面，266nm、355nm、532nm和1064nm四种波长对应的转动拉曼谱线间隔分别为 0. 06nm、0. 10nm、0. 23nm和0. 90nm。综合考虑，266nm和355nm的激发光波长对应的转动拉 曼谱线间隔太小，其后的分光系统很难达到这样的要求。其次，266nm和355nm的波长处于 日盲区，传输距离有限，限制了探测范围，因此这两种波长的激光不是理想的选择。l〇64nm 的激光传输距离较远，转动拉曼谱线间隔也较大，但是它的散射截面只有10 32cm2/Sr的数 量级，回波信号较弱，并且该波段的探测器件热噪声较大，这两点原因都导致了最终探测信 号的信噪比降低，所以也不是理想的选择。综合以上因素，本实用新型选择了 532nm的激光 作为激发光源。
[0025] 激光扩束镜是对激光光束进行整形扩束的装置，它是一个倒装的望远镜系统，经 过激光扩束镜的光束抑制了发散角增大了光斑直径。图3为其原理图。扩束之后的光束发 散角和直径表示如下：
[0027] D2、D1分别表示出射光束直径和入射光束直径，W2、W1分别表示出射光束发散角和 入射光束发散角。激光扩束镜要求焦距f2> f P这样可以抑制激光的发散射，提高可探测 距离。
[0028] 本实用新型提供的拉曼-米散射激光雷达的发射系统选用了 NchYAG激光器，可在 不同的倍频条件获得不同波长的激光，同时设计了多个折射镜和多个透镜的激光扩束镜， 提高了出射激光的精度，使用简单方便。
[0029] 以上所述之【具体实施方式】为本实用新型的较佳实施方式，并非以此限定本实用新 型的具体实施范围，本实用新型的范围包括并不限于本【具体实施方式】，凡依照本实用新型 之形状、结构所作的等效变化均在本实用新型的保护范围内。
【主权项】
1. 一种拉曼-米散射激光雷达的发射系统，其特征在于：所述发射系统包括激光发射 器（1)、第一折射镜（2)、第二折射镜（3)、分光镜（4)和激光扩束镜（5)，所述激光扩束镜 (5)由凹透镜（6)和凸透镜（7)构成，所述第一折射镜（2)和第二折射镜（3)。2. 根据权利要求1所述的拉曼-米散射激光雷达的发射系统，其特征在于：所述激光 发射器（1)为Nd :YAG激光器，初始波长为1064nm。3. 根据权利要求2所述的拉曼-米散射激光雷达的发射系统，其特征在于：所述激光 发射器（1)通过二倍频、三倍频和四倍频分别可获得532nm、355nm以及266nm波长的激光。4. 根据权利要求1所述的拉曼-米散射激光雷达的发射系统，其特征在于：所述第一 折射镜（2)和第二折射镜（3)平行放置。5. 根据权利要求1所述的拉曼-米散射激光雷达的发射系统，其特征在于：所述激光 扩束镜（5)内部按照光路方向依次设置凹透镜（6)和凸透镜（7)。6. 根据权利要求1所述的拉曼-米散射激光雷达的发射系统，其特征在于：所述激光 发射器（1)发射出的激光依次经过第一折射镜（2)、第二折射镜（3)、分光镜（4)和激光扩 束镜（5)后出射。
【专利摘要】本实用新型涉及一种拉曼-米散射激光雷达的发射系统，发射系统包括激光发射器(1)、第一折射镜(2)、第二折射镜(3)、分光镜(4)和激光扩束镜(5)，所述激光扩束镜(5)由凹透镜(6)和凸透镜(7)构成，所述第一折射镜(2)和第二折射镜(3)。本实用新型提供的拉曼-米散射激光雷达的发射系统选用了Nd：YAG激光器，可在不同的倍频条件获得不同波长的激光，同时设计了多个折射镜和多个透镜的激光扩束镜，提高了出射激光的精度，使用简单方便。
【IPC分类】G01S17/88
【公开号】CN204989472
【申请号】CN201520625261
【发明人】陈帅
【申请人】陈帅
【公开日】2016年1月20日
【申请日】2015年8月6日