具有连续调节功能的光程模拟装置研究
发布时间：2021-07-10 09:00
光程模拟装置因其可控、精度高、稳定性好、可靠性高等优势,是光信息处理相关技术中的重要组成部件,在光控相控阵雷达、无线激光通信、激光测量等重要领域中广泛应用。所谓光程模拟即是利用各类光学元件或电子电路,将激光在大气中的传输过程,转换为激光在室内条件下的传输。而且,为减小外界环境的影响,提高检测可信度,大量程的光程模拟技术还常用于对激光测距类设备测距性能的检测,实现快速、准确、有效测量的目的,确保测距系统的测距可靠性和稳定性。因此,本文结合以往的研究经验,对现有光程模拟技术的优点和不足进行了较为充分的比较和分析。最终在光纤延迟线的基础上,提出了一种利用平面镜调节光程,与光纤共同实现光程模拟仿真的研究方案,并对基于此方案的光程模拟系统进行了论证。文中根据所测脉冲激光测距机的工作波长,综合考虑、选择合适的单模光纤,减小光纤色散对激光脉冲的影响,以完成固定光程的模拟。通过平面镜对激光的反射作用,并实现平面镜之间距离的精确调节,达到连续改变光程的目的,以完成光程的动态模拟仿真。依据动态光学理论,对可调光程延迟线进行了重点分析和理论论证,分析了实际情况下光路的变化情况,为机械固定结构的设计提供了理论...
【文章来源】：长春理工大学吉林省
【文章页数】：69 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
美国麻省理工的AROSTF系统
4图1.3美国麻省理工的AROSTF系统美国Thorlabs公司研究制造的光程模拟系列组件ODL100，结构紧凑，组装方便。直角棱镜和装有小反射镜的V形安装座分别固定在位移台和移动滑块上，使用时激光束经过直角棱镜反射镜和V形安装座上的两块小反射镜后，以直角出射。该组件的优点是光程可调，适用的光谱范围较大，大致在750~1000nm之间，空间占用较小，但是，缺点在于最大光程模拟量只有1.2m，难以满足实际使用要求，如图1.4所示。图1.4美国Thorlabs公司的ODL100此外，利用电子技术的领先优势，美国的圣巴巴拉红外公司采用基于门电路的电延迟模拟法，通过对入射激光波长的检测，以及门电路的延迟作用，能够对1550nm或1064nm两种波长的激光模拟光程[22]。与此同时，由于光纤具有高带宽、线性优良、损耗低、不易受外界电磁条件干扰等优点，是一种良好的光传输媒介。因此，研究人员有针对性地对其进行光程模拟可
5行性研究，相关的光纤类延迟器件被称为光纤延迟线。受益于光电子技术和光电集成技术的快速发展，韩国Soongsil大学使用MEMS光开关技术和光纤，实现了最短延迟时间12ps的目标，最大误差为0.2ps的光纤延迟线，如图1.5所示[23]。该光程模拟系统采用旁路结构形式的拓扑结构，将多根拥有不同延迟时间，即不同光程模拟长度的光纤组合在一起，利用MEMS光开关自由选通不同规格长度的光纤，实现模拟光程可调的目的。图1.5韩国Soongsil大学的基于MEMS光开关的光程模拟示意图目前，在此方面的研究，国内起步稍晚，较之国外还有一些差距，但经过多年的发展和国内市场需求的促进，这种差距已不太明显。例如北京跟踪与通信技术研究所、北京理工大学、中国华阴兵器试验中心三所研究机构和高校，提出把室外消光法和室内时序增益系数比检测相结合的方法，对1.06μm和1.54μm两种波段的脉冲激光测距机的最大测程进行测量，实验证明了该方法的客观性和准确性[24]。中国科学院上海技术物理研究所利用高精度延时器对脉冲激光进行了精确延时，所模拟的光程也通过延迟控制单元实现了校正，而且，该光程模拟系统能够实时调节模拟光程的大小，可同时在两个方向上实现动态光程模拟，实验证实其光程模拟精度能达到0.15m，如图1.6所示[25]。脉冲激光测距机的激光发射端发射激光主波至动态光程模拟器，由激光接收单元响应接收，经适当的能量衰减、光电转换，触发信号延迟单元，待模拟的X、Y距离值即被转化成为延迟时间XYt、t，信号延迟单元产生的脉冲信号经XYt、t延迟后，由输出通道A和输出通道B输出激发激光器X和激光器Y发射激光，脉冲激光测距机的接收端将两激光器发射的激光作为回波信号进行接收，并通过测量主波与回波之间的时间差，得出模拟光程值X?
【参考文献】：
期刊论文
[1]极限温度环境对电子材料及元器件性能的影响[J]. 张峻,孙晓峰,张彬彬,陈雅容,张晓超,飞景明. 航天器环境工程. 2018(06)
[2]基于激光大气传输特性的卫星激光测距系统的最大探测距离[J]. 安宁,陈煜丰,刘承志,范存波,刘源,宋清丽,温冠宇. 光学学报. 2018(09)
[3]一种多脉冲激光测距机的检测方法[J]. 冯继东. 光电技术应用. 2018(03)
[4]MEMS摆镜在小型化激光成像雷达中的应用[J]. 张驰,岳娟,徐正平,葛军. 激光与红外. 2017(09)
[5]温度试验对电子元器件的性能影响分析[J]. 周雄兵. 信息通信. 2016(11)
[6]会聚光路中别汉棱镜的位置误差对系统像跳影响的分析[J]. 刘政,姚多舜,常婧越. 红外技术. 2016(09)
[7]一种高精度大动态范围的距离模拟脉冲发生方法研究[J]. 何韵,许文渊. 红外与激光工程. 2015(11)
[8]环境温度对单模光纤中光信号传输延时的影响[J]. 马志超,何翠平,王绍雷. 光通信技术. 2015(05)
[9]激光测距机脉宽测量技术研究[J]. 谭威,曾文锋,王小兵,王在渊,李东. 电子测量技术. 2014(04)
[10]一种室内标定激光测距准确度方法的研究[J]. 权贵秦,郝睿鑫,于洵. 国外电子测量技术. 2013(09)
硕士论文
[1]基于光纤延迟线的激光测距仪测距精度检测系统[D]. 陈昊.南京理工大学 2016
[2]基于白光干涉测量的大量程高精度光程扫描延迟线研究[D]. 梁帅.哈尔滨工程大学 2016
[3]脉冲激光测距机的研究[D]. 甄文庆.南京理工大学 2014
[4]高精度光纤延时技术研究[D]. 邱志成.电子科技大学 2009
[5]脉冲激光测距系统整机性能检测技术研究[D]. 陈守谦.哈尔滨工业大学 2007
[6]激光测距机关键技术研究[D]. 韩志强.西安电子科技大学 2006
[7]提高可变光纤延迟线精度的研究[D]. 卿翔.电子科技大学 2006
[8]平行度检测仪的分析及研究[D]. 张立颖.中国科学院研究生院（长春光学精密机械与物理研究所） 2006
[9]激光测距机测距能力检测的无靶板技术及其实现[D]. 王古常.国防科学技术大学 2004
本文编号：3275612
【文章来源】：长春理工大学吉林省
【文章页数】：69 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
美国麻省理工的AROSTF系统
4图1.3美国麻省理工的AROSTF系统美国Thorlabs公司研究制造的光程模拟系列组件ODL100，结构紧凑，组装方便。直角棱镜和装有小反射镜的V形安装座分别固定在位移台和移动滑块上，使用时激光束经过直角棱镜反射镜和V形安装座上的两块小反射镜后，以直角出射。该组件的优点是光程可调，适用的光谱范围较大，大致在750~1000nm之间，空间占用较小，但是，缺点在于最大光程模拟量只有1.2m，难以满足实际使用要求，如图1.4所示。图1.4美国Thorlabs公司的ODL100此外，利用电子技术的领先优势，美国的圣巴巴拉红外公司采用基于门电路的电延迟模拟法，通过对入射激光波长的检测，以及门电路的延迟作用，能够对1550nm或1064nm两种波长的激光模拟光程[22]。与此同时，由于光纤具有高带宽、线性优良、损耗低、不易受外界电磁条件干扰等优点，是一种良好的光传输媒介。因此，研究人员有针对性地对其进行光程模拟可
5行性研究，相关的光纤类延迟器件被称为光纤延迟线。受益于光电子技术和光电集成技术的快速发展，韩国Soongsil大学使用MEMS光开关技术和光纤，实现了最短延迟时间12ps的目标，最大误差为0.2ps的光纤延迟线，如图1.5所示[23]。该光程模拟系统采用旁路结构形式的拓扑结构，将多根拥有不同延迟时间，即不同光程模拟长度的光纤组合在一起，利用MEMS光开关自由选通不同规格长度的光纤，实现模拟光程可调的目的。图1.5韩国Soongsil大学的基于MEMS光开关的光程模拟示意图目前，在此方面的研究，国内起步稍晚，较之国外还有一些差距，但经过多年的发展和国内市场需求的促进，这种差距已不太明显。例如北京跟踪与通信技术研究所、北京理工大学、中国华阴兵器试验中心三所研究机构和高校，提出把室外消光法和室内时序增益系数比检测相结合的方法，对1.06μm和1.54μm两种波段的脉冲激光测距机的最大测程进行测量，实验证明了该方法的客观性和准确性[24]。中国科学院上海技术物理研究所利用高精度延时器对脉冲激光进行了精确延时，所模拟的光程也通过延迟控制单元实现了校正，而且，该光程模拟系统能够实时调节模拟光程的大小，可同时在两个方向上实现动态光程模拟，实验证实其光程模拟精度能达到0.15m，如图1.6所示[25]。脉冲激光测距机的激光发射端发射激光主波至动态光程模拟器，由激光接收单元响应接收，经适当的能量衰减、光电转换，触发信号延迟单元，待模拟的X、Y距离值即被转化成为延迟时间XYt、t，信号延迟单元产生的脉冲信号经XYt、t延迟后，由输出通道A和输出通道B输出激发激光器X和激光器Y发射激光，脉冲激光测距机的接收端将两激光器发射的激光作为回波信号进行接收，并通过测量主波与回波之间的时间差，得出模拟光程值X?
【参考文献】：
期刊论文
[1]极限温度环境对电子材料及元器件性能的影响[J]. 张峻,孙晓峰,张彬彬,陈雅容,张晓超,飞景明. 航天器环境工程. 2018(06)
[2]基于激光大气传输特性的卫星激光测距系统的最大探测距离[J]. 安宁,陈煜丰,刘承志,范存波,刘源,宋清丽,温冠宇. 光学学报. 2018(09)
[3]一种多脉冲激光测距机的检测方法[J]. 冯继东. 光电技术应用. 2018(03)
[4]MEMS摆镜在小型化激光成像雷达中的应用[J]. 张驰,岳娟,徐正平,葛军. 激光与红外. 2017(09)
[5]温度试验对电子元器件的性能影响分析[J]. 周雄兵. 信息通信. 2016(11)
[6]会聚光路中别汉棱镜的位置误差对系统像跳影响的分析[J]. 刘政,姚多舜,常婧越. 红外技术. 2016(09)
[7]一种高精度大动态范围的距离模拟脉冲发生方法研究[J]. 何韵,许文渊. 红外与激光工程. 2015(11)
[8]环境温度对单模光纤中光信号传输延时的影响[J]. 马志超,何翠平,王绍雷. 光通信技术. 2015(05)
[9]激光测距机脉宽测量技术研究[J]. 谭威,曾文锋,王小兵,王在渊,李东. 电子测量技术. 2014(04)
[10]一种室内标定激光测距准确度方法的研究[J]. 权贵秦,郝睿鑫,于洵. 国外电子测量技术. 2013(09)
硕士论文
[1]基于光纤延迟线的激光测距仪测距精度检测系统[D]. 陈昊.南京理工大学 2016
[2]基于白光干涉测量的大量程高精度光程扫描延迟线研究[D]. 梁帅.哈尔滨工程大学 2016
[3]脉冲激光测距机的研究[D]. 甄文庆.南京理工大学 2014
[4]高精度光纤延时技术研究[D]. 邱志成.电子科技大学 2009
[5]脉冲激光测距系统整机性能检测技术研究[D]. 陈守谦.哈尔滨工业大学 2007
[6]激光测距机关键技术研究[D]. 韩志强.西安电子科技大学 2006
[7]提高可变光纤延迟线精度的研究[D]. 卿翔.电子科技大学 2006
[8]平行度检测仪的分析及研究[D]. 张立颖.中国科学院研究生院（长春光学精密机械与物理研究所） 2006
[9]激光测距机测距能力检测的无靶板技术及其实现[D]. 王古常.国防科学技术大学 2004
本文编号：3275612
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