基于皮秒脉冲的高精度激光测距装置

摘要

本发明提供了基于皮秒脉冲的高精度激光测距装置，结合了皮秒脉冲激光技术，高速光电探测技术，采用皮秒脉冲激光器作为激光发射源，高速PIN光电探测器作为接收单元。由于激光光源以脉冲模式工作，激光发射功率密度高，兼顾了测量距离远、测距精度高的优点。整套装置稳定可靠，对几十千米远的距离目标进行测量精度达到1毫米，使得测距精度比传统的纳秒脉冲激光测距技术提高了1000倍；本发明结构设计巧妙，简单适用，可应用于航空航天、海洋考察以及远距离高精度的测量。

主权项

基于皮秒脉冲的高精度激光测距装置，所述的高精度是指所述的测距装置对几十千米远的距离目标进行测量精度达到1毫米，其特征在于，其包括激光器(1)、分束器I(2)、分束器II(3)、望远镜(4)、光电转换器I(5)、光电转换器II(6)、延时器(7)、计时器(8)、接口转换器(9)、显示器(10)、控制器(11)和计算机(12)；其中，激光器(1)在其输出光束的光轴上依次与分束器I(2)、分束器II(3)、望远镜(4)连接；光电转换器I(5)与分束器I(2)和延时器(7)分别连接，延时器(7)与计时器(8)和计算机(12)分别连接；分束器II(3)与光电转换器II(6)连接；光电转换器II(6)与计时器(8)连接；计时器(8)与接口转换器(9)连接；接口转换器(9)与计算机(12)连接；显示器(10)与计算机(12)连接；控制器(11)与激光器(1)和计算机(12)分别连接；激光器(1)为皮秒脉冲激光器；波长为266nm、355nm、532nm或1064nm可调；脉宽为20ps、60ps或100ps可调；脉冲重复频率为10Hz或20Hz可调；光束发散角0.4毫弧度；单脉冲能量为毫焦量级；激光器(1)采用的是皮秒脉冲激光器；分束器I(20)为1∶99的光分束器；望远镜(4)采用口径为15cm的望远镜系统；光电转换器I(5)和光电转换器II(6)均采用响应时间小于12ps的高速PIN光电探测器；计算机(12)中存储有基于皮秒脉冲激光的激光测距装置的管理及运行软件，因此，使得计算机(12)能进行人机交互、信号处理、控制和数据计算；计算机(12)给控制器(11)发出指令，激光器(1)发射激光脉冲；计算机(12)给延时器(7)发出延时时间指令；激光器(1)输出的激光被分束器I(2)分为两部分，其中的99％的激光经分束器II(3)后由望远镜(4)发射出去，用于辐照目标；其中的1％的激光由光电转换器I(5)转换成电信号，该电信号进入延时器(7)，在计算机(12)给出的延时时间指令的作用下，延时器(7)对该电信号进行延时操作后，再进入计时器(8)作为同步开门信号；望远镜(4)接收回波信号，回波信号经分束器II(3)进入光电转换器II(6)转换为电信号后再进入计时器(8)，作为计时器(8)的关门信号；计时器(8)得到往返于测距系统和目标之间的脉冲数N，并得到时间T＝Nt，其中t为计数脉冲的重复周期；既时间T为皮秒脉冲激光往返于测距系统和目标之间的时间，时间T经接口转换器(9)后输入计算机(12)；在计算机(12)中，根据测距系统与目标之间的距离公式 R = cT 2 = cNt 2 计算得到测距系统与目标之间的距离R；公式中，c为光在介质中的传播速度；计算得到测距系统与目标之间的距离R可以通过显示器(10)显示，或者打印出来。