专利名称：一种激光测距系统的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种可用于通信测量领域的新型光学系统，尤其涉及一种激光测 距系统。
背景技术：
现有激光测距的光学系统大概可以分为两类同轴光学系统和异轴光学系统。这 两种系统的主要不同在于出射激光的中心和探测器的中心的相对位置同轴光学系统是指 两个中心在同一条光轴上，激光器(或反射镜)在接收透镜的前面，信号光出射后经物体 反射回到透镜表面被聚焦到探测器表面；而异轴光学系统是指两个中心不在一条光轴上， 反射回来的信号光也由透镜聚焦到探测器表面，此方案的主要目的是解决激光器(或反射 镜)挡光。对于同轴光学系统，由于激光器(或反射镜)在接收透镜的前端，反射回来的信号 光中的一部分将被激光器(或反射镜)遮挡而无法到达探测器件的表面，即损失了一部分 反射信号光。对于异轴光学系统，由于探测器和激光器不在同一条光轴上，只有在透镜表面 的一部分的反射回来的信号光能到达探测器表面，这也损失了反射光能量。在实现本发明的过程中发明人发现，由于基模激光的光强峰值在正中心，镜面反 射回来的信号光的光强峰值也在正中心，因此无论采用现有何种(同轴或异轴)光学系统， 都无法接收到反射回来的信号光的光强峰值，从而影响到激光测距的检测性能。
实用新型内容本实用新型提供一种激光测距系统，能够提高激光测距的检测性能。为实现上述目的，本实用新型提供了如下技术方案提供一种激光测距系统，包括出光装置和收光装置，所述出光装置用于出射高阶 模激光，所述收光装置用于接收所述高阶模激光经物体表面反射回来的信号光。其中，所述出光装置沿出光方向包括的元件有基模激光光源，准直透镜，偏振片，半圆 形的相位调整片，聚焦透镜，光纤和出光准直透镜；所有所述元件的中心都处于同一条出射 光轴上，并且所述基模激光光源的发光端面中心处于所述准直透镜的焦点上，所述光纤的 前端面中心位于所述聚焦透镜的焦点上，所述光纤的后端面中心位于所述出光准直透镜的 焦点上；其中所述偏振片和所述半圆形的相位调整片的组合产生η的相位差。所述收光装置沿收光方向包括的元件有收光聚焦透镜，滤光片和光电探测器； 所有所述元件的中心都处于同一条反射光轴上，并且所述光电探测器的收光端面中心处于 所述收光聚焦透镜的焦点上，所述滤光片的半径大于等于所在位置处的聚焦光束的半径。优选地，所述半圆形的相位调整片的直径与所述偏振片的偏振方向垂直，以保证 出射光光强分布沿出射光轴的水平方向。优选地，所述准直透镜、所述偏振片、所述半圆形的相位调整片和所述聚焦透镜具 有相同的半径，以保证产生的所有基模激光都能够进入光纤。[0012]优选地，所述光纤的归一化频率处在2. 40483到3. 83170之间。并且可选地，所述 光纤的纤芯为椭圆形。优选地，本实用新型采用TEMtll模式或TEMltl模式的高阶模激光。本实用新型的有益效果是由于出射的高阶模激光的峰值不在出光端面的中心， 其经物体表面反射回来的信号光的峰值也不在收光端面的中心，这就解决了中心挡光的 问题，使得收光装置可以尽可能地接收到更多地信号光，从而有利于提高激光测距系统的 检测性能(量程和精度)。此外，由于采用了偏振的信号光，从而可以消除一半自然光对信 号光的影响，这也将有利于提高激光测距系统的检测精度。
图1 (a)为高阶模激光和基模激光在异轴光学系统的对比图；图1 (b)为高阶模激光和基模激光在同轴光学系统的对比图；图2为本实用新型提供的激光测距系统的组成示意图；图3为本实用新型提供的光纤中模式叠加的示意图。
具体实施方式
以下结合附图及实施例对本实用新型的发明内容作进一步的描述。本实用新型提供的一种激光测距系统，包括出光装置、收光装置和计算单元，由所 述出光装置出射高阶模激光，由所述收光装置接收所述出光装置出射的高阶模激光经物体 表面反射回来的信号光，并由所述计算单元对所述收光装置接收的信号光的光强进行计算 得到需要测量的距离。本实用新型的激光测距系统通过出光装置出射高阶模激光，然后由收光装置接收 所述高阶模激光经物体表面反射回来的信号光来进行测距，通过反射光强反映出需要测量 的距离；由于高阶模激光和基模激光存在着光强分布的差异，因此通过调整高阶模激光的 出射光强，可以接收到反射回来的信号光的光强峰值，从而提高激光测距的检测性能。为便于理解本实用新型，首先对高阶模激光和基模激光的光强分布的差异做补充 说明。使用稳定腔体的激光器输出的激光都是以高斯光束的形式在自由空间中传播， 即激光光强在垂直于传播方向上的平面呈现高斯分布Gaussian Distribution)。对于常 见的方形稳定腔，出射光强可以用厄米-高斯光束来表达Imn =I0Hm(^x)Hn(^y)(cM
WWW式中，X，y是平面上的位置，w是激光光束的腰宽，Hm,n是厄米多项式，I0是中心光 强，m，η代表了出射激光的模式。当m和η都为零时的激光称为基模(TEMj激光，当m和 η不都为零时的激光都称为高阶模(TEMmn)激光。以TEMltl模式(或TEMtll模式)为例，当m = 1，n = 0时高阶模激光输出光强的厄 米-高斯分布为Z10 =I0H^x)H0(^y)(eM -^Λ^))2
WWW其中上式中的厄米多项式为Hq(X) = 1，H1(X) = 2X，因此可以得到传播平面上TEMltl模式的光强分布。本领域技术人员所公知，基模激光的光强峰值在光斑的中心，而高阶模激光的光 强峰值不在光斑的中心，因此采用高阶模激光作为出射光，其经物体表面反射回来的信号 光的光强峰值也不在光斑的中心，这就解决了中心挡光的问题。参见图1 (a)和图1 (b)，图1 (a)为高阶模激光和基模激光在异轴光学系统的对比 图；图1(b)为高阶模激光和基模激光在同轴光学系统的对比图。由图1(a)和图1(b)可以 看出，采用高阶模激光作为出射光，其反射光的光强峰值将被透镜接收，而且在中心的激光 器只遮挡了能量最小的部分，这将有利于提升激光测距系统的检测性能。事实上，除了 TEMltl模式和TEMtll模式，还存在其他的高阶模激光，但相对于TEMltl 模式和TEMtll模式，其他更高模式的能量过于分散，在自由空间内传播距离有限。高阶模 (TEMnm)光斑和基模(TEMJ光斑大小有以下关系
权利要求1.一种激光测距系统，其特征在于，包括出光装置、收光装置和计算单元，所述出光装 置出射高阶模激光，所述收光装置接收所述出光装置出射的高阶模激光经物体表面反射回 来的信号光，所述计算单元对所述收光装置接收的信号光的光强进行计算得到需要测量的距离。
2.根据权利要求1所述的激光测距系统，其特征在于，所述出光装置沿出光方向包括 的元件有基模激光光源，准直透镜，偏振片，半圆形的相位调整片，聚焦透镜，光纤和出光 准直透镜；所有所述元件的主光轴与出射光轴重合，并且所述基模激光光源的发光端面中 心处于所述准直透镜的焦点上，所述光纤的前端面中心位于所述聚焦透镜的焦点上，所述 光纤的后端面中心位于所述出光准直透镜的焦点上；其中所述偏振片和所述半圆形的相位 调整片的组合产生η的相位差。
3.根据权利要求2所述的激光测距系统，其特征在于，所述半圆形的相位调整片的直 径与所述偏振片的偏振方向垂直。
4.根据权利要求2所述的激光测距系统，其特征在于，所述准直透镜、所述偏振片、所 述半圆形的相位调整片和所述聚焦透镜具有相同的半径。
5.根据权利要求2所述的激光测距系统，其特征在于，所述光纤的归一化频率处在 2. 40483 到 3. 83170 之间。
6.根据权利要求5所述的激光测距系统，其特征在于，所述光纤的纤芯为椭圆形。
7.根据权利要求6所述的激光测距系统，其特征在于，所述出射的高阶模激光为TEMtll 模式或TEMltl模式。
8.根据权利要求1-7任一所述的激光测距系统，其特征在于，所述收光装置沿收光方 向包括的元件有收光聚焦透镜，滤光片和光电探测器；所有所述元件的主光轴与反射光 轴重合，并且所述光电探测器的收光端面中心处于所述收光聚焦透镜的焦点上，所述滤光 片的半径大于等于所在位置处的聚焦光束的半径。
9.根据权利要求8所述的激光测距系统，其特征在于，所述出光装置的出射光轴与所 述收光装置的反射光轴异轴。
10.根据权利要求8所述的激光测距系统，其特征在于，所述收光装置在所述收光聚 焦透镜前端还设置有反射镜，使得所述出光装置的出射光轴与所述收光装置的反射光轴同 轴ο
专利摘要本实用新型提供了一种激光测距系统，涉及一种可用于通信测量领域的新型光学系统，能够提高激光测距的检测性能。本实用新型的激光测距系统包括出光装置、收光装置和计算单元，所述出光装置出射高阶模激光，所述收光装置接收所述出光装置出射的高阶模激光经物体表面反射回来的信号光，所述计算单元对所述收光装置接收的信号光的光强进行计算得到需要测量的距离。并且本实用新型优选采用TEM01模式或TEM10模式的高阶模激光。由于高阶模激光和基模激光存在着光强分布的差异，因此通过调整高阶模激光的出射光强，可以接收到反射回来的信号光的光强峰值，从而提高激光测距的检测性能。本实用新型可用于激光测距技术领域。
文档编号G01S7/481GK201886152SQ20102056524
公开日2011年6月29日 申请日期2010年10月15日 优先权日2010年10月15日
发明者严光文, 李成, 黄梦园 申请人:北京握奇数据系统有限公司