專利名稱：一種激光測距系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種可用于通信測量領域的新型光學系統(tǒng)，尤其涉及一種激光測 距系統(tǒng)。
背景技術：
現(xiàn)有激光測距的光學系統(tǒng)大概可以分為兩類同軸光學系統(tǒng)和異軸光學系統(tǒng)。這 兩種系統(tǒng)的主要不同在于出射激光的中心和探測器的中心的相對位置同軸光學系統(tǒng)是指 兩個中心在同一條光軸上，激光器(或反射鏡)在接收透鏡的前面，信號光出射后經(jīng)物體 反射回到透鏡表面被聚焦到探測器表面；而異軸光學系統(tǒng)是指兩個中心不在一條光軸上， 反射回來的信號光也由透鏡聚焦到探測器表面，此方案的主要目的是解決激光器(或反射 鏡)擋光。對于同軸光學系統(tǒng)，由于激光器(或反射鏡)在接收透鏡的前端，反射回來的信號 光中的一部分將被激光器(或反射鏡)遮擋而無法到達探測器件的表面，即損失了一部分 反射信號光。對于異軸光學系統(tǒng)，由于探測器和激光器不在同一條光軸上，只有在透鏡表面 的一部分的反射回來的信號光能到達探測器表面，這也損失了反射光能量。在實現(xiàn)本發(fā)明的過程中發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，由于基模激光的光強峰值在正中心，鏡面反 射回來的信號光的光強峰值也在正中心，因此無論采用現(xiàn)有何種(同軸或異軸)光學系統(tǒng)， 都無法接收到反射回來的信號光的光強峰值，從而影響到激光測距的檢測性能。

實用新型內容本實用新型提供一種激光測距系統(tǒng)，能夠提高激光測距的檢測性能。為實現(xiàn)上述目的，本實用新型提供了如下技術方案提供一種激光測距系統(tǒng)，包括出光裝置和收光裝置，所述出光裝置用于出射高階 模激光，所述收光裝置用于接收所述高階模激光經(jīng)物體表面反射回來的信號光。其中，所述出光裝置沿出光方向包括的元件有基模激光光源，準直透鏡，偏振片，半圓 形的相位調整片，聚焦透鏡，光纖和出光準直透鏡；所有所述元件的中心都處于同一條出射 光軸上，并且所述基模激光光源的發(fā)光端面中心處于所述準直透鏡的焦點上，所述光纖的 前端面中心位于所述聚焦透鏡的焦點上，所述光纖的后端面中心位于所述出光準直透鏡的 焦點上；其中所述偏振片和所述半圓形的相位調整片的組合產生η的相位差。所述收光裝置沿收光方向包括的元件有收光聚焦透鏡，濾光片和光電探測器； 所有所述元件的中心都處于同一條反射光軸上，并且所述光電探測器的收光端面中心處于 所述收光聚焦透鏡的焦點上，所述濾光片的半徑大于等于所在位置處的聚焦光束的半徑。優(yōu)選地，所述半圓形的相位調整片的直徑與所述偏振片的偏振方向垂直，以保證 出射光光強分布沿出射光軸的水平方向。優(yōu)選地，所述準直透鏡、所述偏振片、所述半圓形的相位調整片和所述聚焦透鏡具 有相同的半徑，以保證產生的所有基模激光都能夠進入光纖。[0012]優(yōu)選地，所述光纖的歸一化頻率處在2. 40483到3. 83170之間。并且可選地，所述 光纖的纖芯為橢圓形。優(yōu)選地，本實用新型采用TEMtll模式或TEMltl模式的高階模激光。本實用新型的有益效果是由于出射的高階模激光的峰值不在出光端面的中心， 其經(jīng)物體表面反射回來的信號光的峰值也不在收光端面的中心，這就解決了中心擋光的 問題，使得收光裝置可以盡可能地接收到更多地信號光，從而有利于提高激光測距系統(tǒng)的 檢測性能(量程和精度)。此外，由于采用了偏振的信號光，從而可以消除一半自然光對信 號光的影響，這也將有利于提高激光測距系統(tǒng)的檢測精度。

圖1 (a)為高階模激光和基模激光在異軸光學系統(tǒng)的對比圖；圖1 (b)為高階模激光和基模激光在同軸光學系統(tǒng)的對比圖；圖2為本實用新型提供的激光測距系統(tǒng)的組成示意圖；圖3為本實用新型提供的光纖中模式疊加的示意圖。
具體實施方式

以下結合附圖及實施例對本實用新型的發(fā)明內容作進一步的描述。本實用新型提供的一種激光測距系統(tǒng)，包括出光裝置、收光裝置和計算單元，由所 述出光裝置出射高階模激光，由所述收光裝置接收所述出光裝置出射的高階模激光經(jīng)物體 表面反射回來的信號光，并由所述計算單元對所述收光裝置接收的信號光的光強進行計算 得到需要測量的距離。本實用新型的激光測距系統(tǒng)通過出光裝置出射高階模激光，然后由收光裝置接收 所述高階模激光經(jīng)物體表面反射回來的信號光來進行測距，通過反射光強反映出需要測量 的距離；由于高階模激光和基模激光存在著光強分布的差異，因此通過調整高階模激光的 出射光強，可以接收到反射回來的信號光的光強峰值，從而提高激光測距的檢測性能。為便于理解本實用新型，首先對高階模激光和基模激光的光強分布的差異做補充 說明。使用穩(wěn)定腔體的激光器輸出的激光都是以高斯光束的形式在自由空間中傳播， 即激光光強在垂直于傳播方向上的平面呈現(xiàn)高斯分布Gaussian Distribution)。對于常 見的方形穩(wěn)定腔，出射光強可以用厄米-高斯光束來表達Imn =I0Hm(^x)Hn(^y)(cM
WWW式中，X，y是平面上的位置，w是激光光束的腰寬，Hm,n是厄米多項式，I0是中心光 強，m，η代表了出射激光的模式。當m和η都為零時的激光稱為基模(TEMj激光，當m和 η不都為零時的激光都稱為高階模(TEMmn)激光。以TEMltl模式(或TEMtll模式)為例，當m = 1，n = 0時高階模激光輸出光強的厄 米-高斯分布為Z10 =I0H^x)H0(^y)(eM -^Λ^))2
WWW其中上式中的厄米多項式為Hq(X) = 1，H1(X) = 2X，因此可以得到傳播平面上TEMltl模式的光強分布。本領域技術人員所公知，基模激光的光強峰值在光斑的中心，而高階模激光的光 強峰值不在光斑的中心，因此采用高階模激光作為出射光，其經(jīng)物體表面反射回來的信號 光的光強峰值也不在光斑的中心，這就解決了中心擋光的問題。參見圖1 (a)和圖1 (b)，圖1 (a)為高階模激光和基模激光在異軸光學系統(tǒng)的對比 圖；圖1(b)為高階模激光和基模激光在同軸光學系統(tǒng)的對比圖。由圖1(a)和圖1(b)可以 看出，采用高階模激光作為出射光，其反射光的光強峰值將被透鏡接收，而且在中心的激光 器只遮擋了能量最小的部分，這將有利于提升激光測距系統(tǒng)的檢測性能。事實上，除了 TEMltl模式和TEMtll模式，還存在其他的高階模激光，但相對于TEMltl 模式和TEMtll模式，其他更高模式的能量過于分散，在自由空間內傳播距離有限。高階模 (TEMnm)光斑和基模(TEMJ光斑大小有以下關系
權利要求1.一種激光測距系統(tǒng)，其特征在于，包括出光裝置、收光裝置和計算單元，所述出光裝 置出射高階模激光，所述收光裝置接收所述出光裝置出射的高階模激光經(jīng)物體表面反射回 來的信號光，所述計算單元對所述收光裝置接收的信號光的光強進行計算得到需要測量的距離。
2.根據(jù)權利要求1所述的激光測距系統(tǒng)，其特征在于，所述出光裝置沿出光方向包括 的元件有基模激光光源，準直透鏡，偏振片，半圓形的相位調整片，聚焦透鏡，光纖和出光 準直透鏡；所有所述元件的主光軸與出射光軸重合，并且所述基模激光光源的發(fā)光端面中 心處于所述準直透鏡的焦點上，所述光纖的前端面中心位于所述聚焦透鏡的焦點上，所述 光纖的后端面中心位于所述出光準直透鏡的焦點上；其中所述偏振片和所述半圓形的相位 調整片的組合產生η的相位差。
3.根據(jù)權利要求2所述的激光測距系統(tǒng)，其特征在于，所述半圓形的相位調整片的直 徑與所述偏振片的偏振方向垂直。
4.根據(jù)權利要求2所述的激光測距系統(tǒng)，其特征在于，所述準直透鏡、所述偏振片、所 述半圓形的相位調整片和所述聚焦透鏡具有相同的半徑。
5.根據(jù)權利要求2所述的激光測距系統(tǒng)，其特征在于，所述光纖的歸一化頻率處在 2. 40483 到 3. 83170 之間。
6.根據(jù)權利要求5所述的激光測距系統(tǒng)，其特征在于，所述光纖的纖芯為橢圓形。
7.根據(jù)權利要求6所述的激光測距系統(tǒng)，其特征在于，所述出射的高階模激光為TEMtll 模式或TEMltl模式。
8.根據(jù)權利要求1-7任一所述的激光測距系統(tǒng)，其特征在于，所述收光裝置沿收光方 向包括的元件有收光聚焦透鏡，濾光片和光電探測器；所有所述元件的主光軸與反射光 軸重合，并且所述光電探測器的收光端面中心處于所述收光聚焦透鏡的焦點上，所述濾光 片的半徑大于等于所在位置處的聚焦光束的半徑。
9.根據(jù)權利要求8所述的激光測距系統(tǒng)，其特征在于，所述出光裝置的出射光軸與所 述收光裝置的反射光軸異軸。
10.根據(jù)權利要求8所述的激光測距系統(tǒng)，其特征在于，所述收光裝置在所述收光聚 焦透鏡前端還設置有反射鏡，使得所述出光裝置的出射光軸與所述收光裝置的反射光軸同 軸ο
專利摘要本實用新型提供了一種激光測距系統(tǒng)，涉及一種可用于通信測量領域的新型光學系統(tǒng)，能夠提高激光測距的檢測性能。本實用新型的激光測距系統(tǒng)包括出光裝置、收光裝置和計算單元，所述出光裝置出射高階模激光，所述收光裝置接收所述出光裝置出射的高階模激光經(jīng)物體表面反射回來的信號光，所述計算單元對所述收光裝置接收的信號光的光強進行計算得到需要測量的距離。并且本實用新型優(yōu)選采用TEM01模式或TEM10模式的高階模激光。由于高階模激光和基模激光存在著光強分布的差異，因此通過調整高階模激光的出射光強，可以接收到反射回來的信號光的光強峰值，從而提高激光測距的檢測性能。本實用新型可用于激光測距技術領域。
文檔編號G01S7/481GK201886152SQ20102056524
公開日2011年6月29日 申請日期2010年10月15日 優(yōu)先權日2010年10月15日
發(fā)明者嚴光文, 李成, 黃夢園 申請人:北京握奇數(shù)據(jù)系統(tǒng)有限公司