一种激光探测中空间光与光纤耦合调整方法、装置及应用与流程

1.本技术涉及激光应用技术领域，尤其涉及一种激光探测中空间光与光纤耦合调整方法、装置及应用。


背景技术：

2.激光雷达最大作用距离与进入光纤的回波功率直接相关。在全光纤结构激光雷达系统中，由于光是从自由空间传播进入光纤传播，这样就存在光的耦合效率问题。单模光纤耦合效率是表征光纤激光雷达系统镜头接收的空间光有多少比例能进入系统光纤的重要指标。要得到高的耦合效率需要在空间位置上对准，使光纤端头与镜头焦点相重合。这样会导致激光发射和接收效率低，影响激光雷达探测作用距离。


技术实现要素：

3.本技术实施例提供一种激光探测中空间光与光纤耦合调整方法、装置及应用，用以提出一种调节方法，该方法能通过观测激光光斑的空间分布，据此调整光纤端头的位置，得到最佳耦合效率。
4.本技术实施例提供一种激光探测中空间光与光纤耦合调整方法，用于将光纤端面调整至期望位置，其中所述光纤端面基于第一调整架设置在光轴上接近相应理论焦点位置，所述理论焦点位置与镜头的理论焦距值对应，在所述镜头前方、基于第二调整架设置有光电探测器，所述激光探测中空间光与光纤耦合调整方法包括如下步骤：
5.控制光纤端面输出指定激光，并将光纤端面调整至镜头的理论焦点附近；
6.控制光纤端面输出脉冲激光，经由所述光电探测器，输出至ad采集卡，光电探测器移动一次，发射n次脉冲激光，ad采集卡对n次激光输出光强进行采集，且三者时序同步；
7.利用所述光电探测器按照预设顺序，在整个可移动范围内的多个扫描位进行扫描，且每个扫描位均能探测到n次激光强度值；
8.待所述光电探测器对各扫描位扫描完成后，获得光强信号分布图，所述光强信号分布图用以描述激光信号在不同位置的光强信号分布；
9.根据所述光强信号分布图，调整光纤端面；
10.重复扫描、调整光纤端面，以使得出射光斑满足需求。
11.可选的，所述第一调整架为6维调整架，用于将所述光纤端面置于在光轴上相应理论焦点位置，以及调整光纤端面的位置。
12.可选的，控制光纤端面输出的指定激光为强度值低于预设阈值的激光。
13.可选的，还包括利用剪切干涉仪验证所述指定激光的输出光束的准直度，以将光纤端面调整至镜头的理论焦点附近。
14.可选的，所述第二调整架为二维调整架，受控以带动所述光电探测器在水平和竖直方向上移动。
15.可选的，还包括：
16.对任一扫描位，将n次激光强度值取平均，以获得激光在所述任一扫描位的光强值；
17.待所述光电探测器对各扫描位扫描完成后，获得光强信号分布图。
18.本技术实施例还提出一种激光探测中空间光与光纤耦合调整装置，其特征在于，包括处理器和存储器，所述存储器上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如前述的方法的步骤。
19.本技术实施例还提出一种激光测距方法，利用如前述的激光探测中空间光与光纤耦合调整装置调整后，在激光测距中进行应用。
20.本技术实施例通过粗调节和精调节两步，通过观测激光光斑的空间分布，据此调整光纤端头的位置，得到最佳耦合效率。
21.上述说明仅是本技术技术方案的概述，为了能够更清楚了解本技术的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本技术的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本技术的具体实施方式。
附图说明
22.通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本技术的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：
23.图1为本技术实施例的激光探测中空间光与光纤耦合调整方法的基本流程图。
具体实施方式
24.下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。
25.本技术实施例提供一种激光探测中空间光与光纤耦合调整方法，用于将光纤端面调整至期望位置，其中所述光纤端面基于第一调整架设置在光轴上接近相应理论焦点位置，所述理论焦点位置与镜头的理论焦距值对应。在一些实施例中，所述第一调整架为6维调整架，用于将所述光纤端面置于在光轴上相应理论焦点位置，以及调整光纤端面的位置。在一些实施例中，所述第二调整架为二维调整架，受控以带动所述光电探测器在水平和竖直方向上移动。在所述镜头前方、基于第二调整架设置有光电探测器，如图1所示，所述激光探测中空间光与光纤耦合调整方法包括如下步骤：
26.在步骤s101中，控制光纤端面输出指定激光，并将光纤端面调整至镜头的理论焦点附近。在一些实施例中，控制光纤端面输出的指定激光为强度值低于预设阈值的激光。例如使光纤端面输出较弱的1550nm的指定激光，也可以是其他强度，在此不做一一列举。在一些实施例中，可以利用剪切干涉仪验证指定激光输出光束的准直度，从而将光纤端面调整至镜头的理论焦点附近。
27.指定激光会通过镜头发射出去，如果光纤端面正好处于镜头焦点处，则输出光束为平行光。输出光束的准直度可以使用剪切干涉仪初步验证。激光输入剪切干涉仪后在45
度光学平板的前后表面形成菲涅尔反射，两反射光束的干涉条纹通过刻有参考线的顶部散射片观察。如果干涉条纹和参考线平行则入射光束是准直的，否则是发散或汇聚的。
28.剪切干涉仪中干涉条纹和参考线是否平行是通过肉眼观测的，这种调节方法不够精确，通过剪切干涉仪可初步将光纤端面调整至镜头焦点附近，也即步骤s101是粗调整步骤，后续步骤再进行精确调整。
29.在步骤s102中，控制光纤端面输出脉冲激光，经由所述光电探测器，输出至ad采集卡，每发射n次脉冲激光，光电探测器移动一次，ad采集卡对n次激光输出光强进行采集，且三者时序同步。本技术实施例中在镜头的前方放置光电探测器，光电探测器放置在一个二维扫描调整架，使得光电探测器可以在水平和竖直方向上精确移动，每次移动的步长达到μm量级(也可调整到更小，值越小，测量结果越精确)。
30.光纤端面输出脉冲激光，脉冲激光经镜头后照射到光电探测器上，光电探测器的输出接入到ad采集卡，每发射n次激光脉冲(激光发射频率很高，n可以取100或者其他整数)，光电探测器移动一次，同时ad采集卡对n次激光输出的光强进行采集，且保持这三者的时序同步关系。
31.在步骤s103中，利用所述光电探测器按照预设顺序，在整个可移动范围内的多个扫描位进行扫描，且每个扫描位均能探测到n次激光强度值。例如光电探测器先从左到右、从下到上、从右到左、周而复始，在整个可移动范围内扫描一遍，在每一个位置都能探测到n次激光光强强度值。
32.在步骤s104中，待所述光电探测器对各扫描位扫描完成后，获得光强信号分布图，所述光强信号分布图用以描述激光信号在不同位置的光强信号分布。
33.在步骤s105中，根据所述光强信号分布图，调整光纤端面。
34.在步骤s107中，重复扫描、调整光纤端面，以使得出射光斑满足需求。
35.具体的可以根据光强分布，调整光纤端面6维调整架，由于有实时的精确反馈信号，所以可以据此调整水平和俯仰，使得通过镜头出射的光斑最强点在中心。
36.本技术实施例通过粗调节和精调节两步激光探测光纤与镜头高效调节方法，通过观测激光光斑的空间分布，据此调整光纤端头的位置，得到最佳耦合效率，提高了激光探测的作用距离。
37.在一些实施例中，还包括：对任一扫描位，将n次激光强度值取平均，以获得激光在所述任一扫描位的光强值；
38.待所述光电探测器对各扫描位扫描完成后，获得光强信号分布图，分布图描述了激光信号在不同位置的光强信号分布。
39.本技术的方法通过观测激光光斑的空间分布，据此调整光纤端头的位置，得到最佳耦合效率，提高了激光探测的作用距离。一些应用中还可以扩大扫描范围，同时较小光电探测器步进值，从而实现更精确的调节。
40.本技术实施例还提出一种激光探测中空间光与光纤耦合调整装置，其特征在于，包括处理器和存储器，所述存储器上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如前述的方法的步骤。
41.本技术实施例还提出一种激光测距方法，利用如前述的激光探测中空间光与光纤耦合调整装置调整后，在激光测距中进行应用。
42.需要说明的是，在本申各实施例中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者装置不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者装置所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括该要素的过程、方法、物品或者装置中还存在另外的相同要素。
43.上述本技术实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。
44.通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到上述实施例方法可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件，但很多情况下前者是更佳的实施方式。基于这样的理解，本技术的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质(如rom/ram、磁碟、光盘)中，包括若干指令用以使得一台终端(可以是手机，计算机，服务器，空调器，或者网络设备等)执行本技术各个实施例所述的方法。
45.上面结合附图对本技术的实施例进行了描述，但是本技术并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本技术的启示下，在不脱离本技术宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本技术的保护之内。

技术特征：
1.一种激光探测中空间光与光纤耦合调整方法，其特征在于，用于将光纤端面调整至期望位置，其中所述光纤端面基于第一调整架设置在光轴上接近相应理论焦点位置，所述理论焦点位置与镜头的理论焦距值对应，在所述镜头前方、基于第二调整架设置有光电探测器，所述激光探测中空间光与光纤耦合调整方法包括如下步骤：控制光纤端面输出指定激光，并将光纤端面调整至镜头的理论焦点附近；控制光纤端面输出脉冲激光，经由所述光电探测器，输出至ad采集卡，光电探测器移动一次，发射n次脉冲激光，ad采集卡对n次激光输出光强进行采集，且三者时序同步；利用所述光电探测器按照预设顺序，在整个可移动范围内的多个扫描位进行扫描，且每个扫描位均能探测到n次激光强度值；待所述光电探测器对各扫描位扫描完成后，获得光强信号分布图，所述光强信号分布图用以描述激光信号在不同位置的光强信号分布；根据所述光强信号分布图，调整光纤端面；重复扫描、调整光纤端面，以使得出射光斑满足需求。2.如权利要求1所述的激光探测中空间光与光纤耦合调整方法，其特征在于，所述第一调整架为6维调整架，用于将所述光纤端面置于在光轴上相应理论焦点位置，以及调整光纤端面的位置。3.如权利要求1所述的激光探测中空间光与光纤耦合调整方法，其特征在于，控制光纤端面输出的指定激光为强度值低于预设阈值的激光。4.如权利要求1所述的激光探测中空间光与光纤耦合调整方法，其特征在于，还包括利用剪切干涉仪验证所述指定激光的输出光束的准直度，以将光纤端面调整至镜头的理论焦点附近。5.如权利要求1所述的激光探测中空间光与光纤耦合调整方法，其特征在于，所述第二调整架为二维调整架，受控以带动所述光电探测器在水平和竖直方向上移动。6.如权利要求1所述的激光探测中空间光与光纤耦合调整方法，其特征在于，还包括：对任一扫描位，将n次激光强度值取平均，以获得激光在所述任一扫描位的光强值；待所述光电探测器对各扫描位扫描完成后，获得光强信号分布图。7.一种激光探测中空间光与光纤耦合调整装置，其特征在于，包括处理器和存储器，所述存储器上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1至6中任一项所述的方法的步骤。8.一种激光测距方法，其特征在于，利用如权利要求7所述的激光探测中空间光与光纤耦合调整装置调整后，在激光测距中进行应用。

技术总结
本申请公开了一种激光探测中空间光与光纤耦合调整方法、装置及应用，用于将光纤端面调整至期望位置，包括；控制光纤端面输出指定激光，并将光纤端面调整至镜头的理论焦点附近；控制光纤端面输出脉冲激光，经由光电探测器，输出至AD采集卡；利用光电探测器按照预设顺序，在整个可移动范围内的多个扫描位进行扫描；待光电探测器对各扫描位扫描完成后，获得光强信号分布图；根据光强信号分布图，调整光纤端面；重复扫描、调整光纤端面，以使得出射光斑满足需求。本申请提出了一种调节方法，该方法能通过观测激光光斑的空间分布，据此调整光纤端头的位置，得到最佳耦合效率。得到最佳耦合效率。得到最佳耦合效率。


技术研发人员：刘波 吴姿妍 赵晓龙 眭晓林 周寿桓
受保护的技术使用者：中国电子科技集团公司第十一研究所
技术研发日：2023.06.20
技术公布日：2023/10/19