面镜，口径D为500mm，所述口径D为光束经过发射接收模块5扩大后光束的最大直径，离轴抛面镜表面镀有对激光光源I输出的激光高反射的膜，当有平行光入射时，光束被偏离原方向Θ角度反射并会聚到离轴抛面镜的焦点位置，偏离角Θ为30° ;
[0051 ] 所述反射镜6表面镀有对激光光源I输出的激光反射率为R的膜，反射率R为5 %;
[0052]所述滤波模块7为窄带滤光片，只允许激光光源I输出的激光波段的光束透射，其他波段的光束被阻挡，以避免其余干扰光束被光电探测器接收；
[0053]所述聚焦透镜8表面镀有对激光光源I输出的激光高透过率的膜，直径大小为60mm ；
[0054]所述光电探测器9为雪崩光电二极管。
[0055]本发明利用超短脉冲激光远程测距系统进行测距的方法包括如下步骤:
[0056](I)激光光源I输出激光光束，激光光束具有一定的发散角，单脉冲能量为W，依次经过扩束模块一 2和大透镜二 32后，所述激光光束的口径扩大，完成第一次扩束，得到初扩束光束；
[0057](2)所述初扩束光束入射到分束镜4，被分为反射光束和透射光束，由于所述分束镜4为半透半反镜，所以反射光束的单脉冲能量为0.5W，透射光束的单脉冲能量为0.5W，反射光束入射到反射镜6被反射，由于反射镜6的反射率为R，因此从反射镜6反射后的光束单脉冲能量为0.5WX R，反射光束再次入射到分束镜4，反射光束部分透过分束镜4后，光束的单脉冲能量变为0.25WX R，然后依次经过滤波模块7和聚焦透镜8，最后入射到光电探测器9，得到主波信号；
[0058](3)步骤(2)得到的透射光束依次经过大透镜二 32和发射接收模块5后，光束口径再次扩大，完成第二次扩束，得到平行的再扩束光束；
[0059](4)所述再扩束光束传递至远处的测距目标并被反射回来，被发射接收模块5收集并会聚，经过大透镜一 31后，得到平行的返回光束；
[0060](5)所述返回光束入射到分束镜4，部分返回光束被反射至滤波模块7，然后依次经过聚焦透镜8和光电探测器9，得到回波信号；
[0061](6)采集到主波信号和回波信号后，通过对比两脉冲信号的时间差，得出测距结果。由于光束在分束镜4和反射镜6之间的多次反射，光电探测器9可能会接收到多个干扰信号，干扰信号的单脉冲能量明显低于主波信号，据此即可判断出主波信号和干扰信号。
[0062]本实施例反射镜6镀膜后，反射率为5%，因此所述主波信号的单脉冲能量约为激光光源I输出的激光光束单脉冲能量的1.25%。反射镜6的反射率通过镀不同的膜进行调整，从而根据激光光源I输出的激光强度的不同来调整入射到光电探测器9的主波信号的大小，因此可以防止过强的主波信号对光电探测器9的损坏。
[0063]利用本实施例进行实际的地面远距离测量，实际距离为958.9米，本系统测得的结果为956.1米，准确度高达99.7%。
[0064]实施例二:
[0065]本实施例与实施例一相同的部分不再赘述，不同的部分是:
[0066]所述激光光源I输出的激光脉冲宽度为0.1ps，输出激光频率为1KHz，峰值功率为0.1MW，单脉冲能量为9mJ ;输出激光功率高，从而光束传输距离远，因此整个系统的测量距离远；同时，激光光源I输出的脉冲激光脉冲宽度窄，从而时间辨识度高，因此整个系统的测量精度高。
[0067]所述小透镜一 21和所述小透镜二 22参数相同，为小口径透镜，其直径为2mm ;所述大透镜一 31和所述大透镜二 32参数相同，为大口径透镜，其直径为1mm ;所述离轴抛面镜口径D为100mm，偏离角Θ为5° ;所述聚焦透镜8直径为1mm ;反射镜6镀膜后的反射率为1%。反射镜6的反射率通过镀不同的膜进行调整，从而根据激光光源I输出的激光强度的不同来调整入射到光电探测器9的主波信号的大小，因此可以防止过强的主波信号对光电探测器9的损坏。
[0068]利用本实施例进行实际的地面远距离测量，实际距离为958.9米，本系统测得的结果为955.0米，准确度高达99.59%
[0069]实施例三:
[0070]本实施例与实施例一相同的部分不再赘述，不同的部分是:
[0071]所述激光光源I输出的激光脉冲宽度为lOOps，峰值功率为100MW ;输出激光功率高，从而光束传输距离远，因此整个系统的测量距离远；同时，激光光源I输出的脉冲激光脉冲宽度窄，从而时间辨识度高，因此整个系统的测量精度高。
[0072]所述小透镜一 21和所述小透镜二 22直径为20mm ;所述大透镜一 31和所述大透镜二 32直径为200mm;所述离轴抛面镜口径D为2000mm，偏离角Θ为80° ;所述聚焦透镜8直径为200_ ;所述光电探测器9为单光子探测器；反射镜6镀膜后反射率为0.5%。反射镜6的反射率通过镀不同的膜进行调整，从而根据激光光源I输出的激光强度的不同来调整入射到光电探测器9的主波信号的大小，因此可以防止过强的主波信号对光电探测器9的损坏。
[0073]利用本实施例进行实际的地面远距离测量，实际距离为958.9米，本系统测得的结果为954.3米，准确度高达99.52 %。
[0074]此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。
【主权项】
1.一种紧凑的超短脉冲激光远程测距系统，其特征在于，包括激光光源、扩束模块一、扩束模块二、分束镜、发射接收模块、反射镜、滤波模块、聚焦透镜和光电探测器； 所述扩束模块一包括平行且同光轴排列的小透镜一和小透镜二； 所述扩束模块二包括平行且同光轴排列的大透镜一和大透镜二； 所述激光光源、小透镜二、小透镜一、大透镜二、大透镜一和发射接收模块依次排列在同一条光轴上，所述小透镜一和所述大透镜二共焦放置，所述大透镜一和所述发射接收模块共焦放置； 所述分束镜设于所述大透镜一和大透镜二之间，且与所述大透镜二的光轴呈45°角放置； 所述反射镜设于所述分束镜的侧面，且与所述大透镜二的光轴平行放置； 所述滤波模块设于所述分束镜的另一侧面，且与所述反射镜平行放置； 所述聚焦透镜与所述滤波模块平行且同光轴放置； 所述光电探测器设于所述聚焦透镜的焦点位置。
2.根据权利要求1所述一种紧凑的超短脉冲激光远程测距系统，其特征在于，所述激光光源为超短脉冲激光器，所述超短脉冲激光器输出的激光脉冲宽度为0.1?lOOps，峰值功率为 0.1-100MW。
3.根据权利要求1所述一种紧凑的超短脉冲激光远程测距系统，其特征在于，所述扩束模块一和所述扩束模块二表面均镀有对所述激光光源输出的激光高透过率的膜。
4.根据权利要求3所述一种紧凑的超短脉冲激光远程测距系统，其特征在于，所述小透镜一和所述小透镜二直径均为2?20mm。
5.根据权利要求4所述一种紧凑的超短脉冲激光远程测距系统，其特征在于，所述大透镜一和所述大透镜二直径均为10?200mm。
6.根据权利要求5所述一种紧凑的超短脉冲激光远程测距系统，其特征在于，所述分束镜为半透半反镜。
7.根据权利要求6所述一种紧凑的超短脉冲激光远程测距系统，其特征在于，所述发射接收模块为离轴抛面镜，口径为100?2000mm，表面镀有对所述激光光源输出的激光高反射率的膜，偏离角为5°?80°。
8.根据权利要求7所述一种紧凑的超短脉冲激光远程测距系统，其特征在于，所述聚焦透镜表面镀有对所述激光光源输出的激光高透过率的膜，直径为10?200mm。
9.一种利用如权利要求1-8任意一项所述紧凑的超短脉冲激光远程测距系统进行的测距方法，其特征在于，所述测距方法包括如下步骤: (1)激光光源输出激光光束，激光光束具有一定的发散角，依次经过扩束模块一和大透镜二后，所述激光光束的口径扩大，完成第一次扩束，得到初扩束光束； (2)所述初扩束光束入射到分束镜，被分为反射光束和透射光束，反射光束入射到反射镜被反射后再次入射到分束镜，反射光束部分透过分束镜后，依次经过滤波模块和聚焦透镜，最后入射到光电探测器，得到主波信号； (3)步骤(2)得到的透射光束依次经过大透镜二和发射接收模块后，光束口径再次扩大，完成第二次扩束，得到平行的再扩束光束； (4)所述再扩束光束传递至远处的测距目标并被反射回来，被发射接收模块收集并会聚，经过大透镜一后，得到平行的返回光束； (5)所述返回光束入射到分束镜，部分返回光束被反射至滤波模块，然后依次经过聚焦透镜和光电探测器，得到回波信号； (6)采集到主波信号和回波信号后，通过对比两脉冲信号的时间差，得出测距结果。
10.根据权利要求9所述测距方法，其特征在于，所述主波信号的光强通过改变所述反射镜的反射率进行调节。
【专利摘要】本发明公开了一种紧凑的超短脉冲激光远程测距系统及其测距方法，包括激光光源、扩束模块一、扩束模块二、分束镜、发射接收模块、反射镜、滤波模块、聚焦透镜、光电探测器，所述激光光源为超短脉冲激光器，发射激光光束，其输出激光脉冲宽度为皮秒～亚皮秒；本发明采用发射光路和接收光路同轴的系统设计，采用一块反射镜即完成了主波脉冲信号的取样；通过改变反射镜的镀膜反射率来调整入射主波信号的大小来防止过强的主波脉冲信号对光电探测器的损坏；本激光测距系统测程远、测量精度高；系统结构简单紧凑、成本低。
【IPC分类】G01S17-08, G01S7-481
【公开号】CN104865576
【申请号】CN201510292690
【发明人】朱启华, 邓颖, 康民强, 王方, 李富全, 张永亮, 许党朋, 王少奇, 郑建刚, 张雄军, 胡东霞, 粟敬钦, 郑奎兴, 郑万国
【申请人】中国工程物理研究院激光聚变研究中心
【公开日】2015年8月26日
【申请日】2015年6月1日