基于达曼光栅的激光雷达线阵照明研究

发布时间：2017-09-19 16:02

  本文关键词：基于达曼光栅的激光雷达线阵照明研究

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【摘要】：线阵扫描成像激光雷达是自主驾驶车辆的核心传感器,在保证探测性能的前提下,实现小型化、低功耗和低成本是车载激光雷达研究的重要发展方向。为此,本文将达曼光栅分束原理引入线阵激光雷达发射光学系统的设计,旨在提高激光雷达发射照明系统的照明效率和分束均匀性,为车载激光雷达的小型化和低功耗设计探索新途径。论文在深入资料调研的基础上,完成对基于达曼光栅激光雷达线阵照明系统的整体构造,并讨论了组成部件的参数要求。在理论上,对达曼光栅的分束原理及分束特性进行了数值计算和分析讨论,给出了达曼光栅阵列照明子光束光强分布及其与入射光强分布之间的关系。在此基础上,采用混合优化算法设计出了1.06μm波段分束比为13的一维达曼光栅,通过衍射理论计算评估分束性能,衍射效率达到80%以上,不均匀性低于15%。在实验上,委托中科院成都光电所制作了1.061μm波段分束比为13的一维达曼光栅,并自行搭建了基于一维达曼光栅的激光雷达阵列照明实验装置,在532nm、905nm和1.06μm三个波长下进行对比实验,结果表明：将达曼光栅与开普勒倒置望远镜结合是线阵激光雷达阵列照明设计的有效方案,在1.061μm波长处,整体衍射效率接近70%、照明光束间不均匀性低于20%。此外,当波长偏离到905nm时,整体衍射效率仍可高于65%,除0级外照明光束间不均匀性低于20%。论文研究工作对于车载线阵扫描成像激光雷达阵列发射系统的小型化、低功耗设计有一定的参考价值。
【关键词】：达曼光栅 衍射 激光雷达 线阵照明
【学位授予单位】：南京理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TN958.98
【目录】：

• 摘要3-4
• Abstract4-7
• 1 绪论7-14
• 1.1 研究背景及意义7-8
• 1.2 国内外研究现状8-12
• 1.2.1 激光阵列照明技术的进展8-10
• 1.2.2 达曼光栅的发展现状10-12
• 1.3 本文的主要研究内容12-14
• 2 基于达曼光栅的激光雷达发射光学系统构造14-23
• 2.1 基于达曼光栅的激光雷达发射光学系统的基本结构14
• 2.2 激光器的选择14-17
• 2.3 扩束系统17-22
• 2.4 达曼光栅的性能指标22
• 2.5 本章小结22-23
• 3 达曼光栅分束原理及分束特性研究23-31
• 3.1 达曼光栅的分束原理23-26
• 3.2 达曼光栅的分束特性分析26-30
• 3.2.1 达曼光栅的输出光束分布26-27
• 3.2.2 达曼光栅输出光束的均匀性27-28
• 3.2.3 入射激光模式对输出光束的影响28-30
• 3.3 本章小结30-31
• 4 线阵激光雷达用一维达曼光栅的设计与制作31-47
• 4.1 一维达曼光栅的设计原理31-33
• 4.2 分束比为13的达曼光栅的设计算法33-36
• 4.3 基于分束比为13的达曼光栅的理论效果评估36-42
• 4.3.1 不同距离目标上的光斑分布37-39
• 4.3.2 不同模式激光产生的远场光斑分布39-40
• 4.3.3 纵向深度偏差的影响40-42
• 4.4 达曼光栅的制作及成品参数分析42-46
• 4.4.1 二元光学元件的制作工艺42-43
• 4.4.2 达曼光栅的制作43
• 4.4.3 达曼光栅的成品参数分析43-46
• 4.5 本章小结46-47
• 5 基于达曼光栅的激光雷达线阵照明实验研究47-54
• 5.1 实验器材的选取及搭建47-48
• 5.2 实验图样采集及分析48-53
• 5.3 本章小结53-54
• 6 总结与展望54-55
• 6.1 总结54
• 6.2 展望54-55
• 致谢55-56
• 参考文献56-58

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本文编号：882554