一种多波长激光雷达光学系统设计

doi:10.3969/j.issn.1007-5461.2021.06.008

量子电子学报 ›› 2021, Vol. 38 ›› Issue (6): 806-814.doi: 10.3969/j.issn.1007-5461.2021.06.008

一种多波长激光雷达光学系统设计

刘晨凯, 胡明勇∗ , 李昭阳, 孙东起, 封志伟, 蔡晓波

合肥工业大学光电技术研究院, 安徽合肥 230009

收稿日期:2020-09-09 修回日期:2020-10-10 出版日期:2021-11-28 发布日期:2021-11-28
通讯作者: E-mail: humy8@126.com E-mail:E-mail: humy8@126.com
作者简介:刘晨凯 ( 1995 - ), 河北保定人, 研究生, 主要从事光学设计, 光学装调方面的研究。 E-mail: 15754515701@163.com

Design of a multi-wavelength lidar optical system

LIU Chenkai, HU Mingyong ∗ , LI Zhaoyang, SUN Dongqi, FENG Zhiwei, CAI Xiaobo

Academy of Photoelectric Technology, Hefei University of Technology, Hefei 230009, China

Received:2020-09-09 Revised:2020-10-10 Published:2021-11-28 Online:2021-11-28

摘要/Abstract

摘要： 鉴于大口径激光雷达系统在污染物检测方面的需求, 理论设计了一种多波长激光雷达光学系统。该系统由接收主系统和光纤分束耦合部分组成, 工作波长为 355、532、1064 nm, 检测波长为 632.8 nm，接收主系统采用卡塞格林结构, 光纤分束耦合部分采用透射的形式, 引入色差。系统通光口径为 Φ680 mm, 有效焦距为 1548.53 mm, 通过对玻璃材料的选型和光焦度分配, 使用修正的相对部分色散 P 和阿贝数 V 建立消色差方程组, 用 PW 法求解初始结构。使用 Zemax 软件优化出满足要求的光学系统, 最终优化结果波前都优于 λ/15 (λ=632.8 nm), 表明设计的光学系统可用于实际生产加工中。

关键词: 几何光学, 激光雷达, PW 法, 卡塞格林结构

Abstract: In view of the requirements of large aperture lidar system in pollutant detection, a multiwavelength lidar optical system is designed theoretically. The system is composed of the main receiving system and the fiber splitting coupling part, and its working wavelengths are 355, 532, 1064 nm, and the detection wavelength is 632.8 nm. The main receiving system adopts Cassegrain structure, and the fiber splitting coupling part adopts transmissive form to introduce chromatic aberration. The clear aperture of the system is Φ680 mm, and the effective focal length is 1548.53 mm. Through the selection of glass material and the distribution of optical power, the achromatic equations are established by using the corrected relative partial dispersion P and Abbe number V, and the preliminary structure is solved by PW method. The optical system is optimized by Zemax software to meet the requirements, and the final optimization results are better than λ/15 (λ=632.8 nm), which indicates that the designed optical system can be used in actual production and processing.

Key words: geometric optics, lidar, PW method, Cassegrain structure

中图分类号:

O435.1

刘晨凯, 胡明勇∗, 李昭阳, 孙东起, 封志伟, 蔡晓波. 一种多波长激光雷达光学系统设计[J]. 量子电子学报, 2021, 38(6): 806-814.

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