一种飞焦级激光微能量计

摘要

本发明涉及一种飞焦级激光微能量计，特别涉及一种具有观测体统的飞焦级激光微能量计，属于激光测量技术领域。具有观测系统的飞焦级激光微能量计，包括光学系统、探测系统和信号处理及显示系统，光学系统是由三块并排的透镜、目镜和旋转平面反射镜组成，三块透镜是共轴的，三块透镜与旋转平面反射镜的排列顺序为凸透镜、凸透镜、凹透镜和旋转平面反射镜，旋转平面反射镜的中心在并排的三块透镜的光轴上，三块透镜、旋转平面反射镜与目镜形成一个望远系统，观测系统的飞焦级激光微能量计的测量范围为2.2fJ/cm2～5*105fJ/cm2，对目标进行光能测量，测量目标的距离为3m～∞。

权利要求

1.一种飞焦级激光微能量计，包括探测系统和信号处理及显示系统，其特征在于还包括光学系统；其中光学系统是由第一凸透镜(1)、第二凸透镜(2)、凹透镜(3)、旋转平面反射镜(4)和目镜(7)组成；三块透镜是并排共轴的；三块透镜与旋转平面反射镜的排列顺序为第一凸透镜(1)、第二凸透镜(2)、凹透镜(3)和旋转平面反射镜(4)，旋转平面反射镜的中心在并排的三块透镜的光轴上；目镜上的分划板(6)到旋转平面反射镜中心的距离与探测器(5)到旋转平面反射镜中心的距离相等；目镜(7)、旋转平面反射镜(4)和探测器(5)为一个整体，可以相对于透镜组沿着光轴整体移动；旋转平面反射镜(4)的镜面与三块透镜组光轴的夹角大于0°，小于90°时，第一凸透镜(1)、第二凸透镜(2)、凹透镜(3)、旋转平面反射镜(4)和目镜(7)组成的望远系统用于对光源进行观察和瞄准；旋转平面反射镜(4)的平面与透镜的光轴平行时，第一凸透镜(1)、第二凸透镜(2)、凹透镜(3)和探测器(5)组成的系统用于对光能量进行测量；光源通过光学系统把光能量聚焦到探测系统的探测器上，探测器把光信号转换为电信号，然后进入信号处理及显示系统。

2.根据权利要求1所述的一种飞焦级激光微能量计，其特征在于：第一凸透镜的直径为202mm及以上。

说明书

技术领域

本发明涉及一种飞焦级激光微能量计，属于激光测量技术领域。

技术背景

近年来随着激光制导、激光测距等产品的问世，激光远距离目标漫反射回波能量的检测也提到日程上来，它接收光能的最小量值都在几个fJ/cm2。

目前已有的脉冲激光微能量计最小可测量的能量是800fJ/cm2，是中国计量科学研究院于近年研制的产品，它的缺点是不能测量小于800fJ/cm2的能量，它是由探测器和信号处理及显示系统组成。

国际上，根据美国国家标准研究院的报道，在其国家标准实验室内通过扩大基准激光束的口径以及光楔分束的方法，建立了最小能量标准为2.6fJ/cm2的系统，该系统的能量接收器采用了雪崩光电二极管探测器(APD)，它的灵敏度高，需要在400V的工作电压和恒温的环境下进行工作，故不适用作通用的脉冲激光微能量计，它也没有观察、瞄准装置，不能对远距离目标脉冲激光漫反射回波信号进行检测，也不能在室外使用。

本发明在激光微能量计中引入了光学系统并在该系统中加入了观测系统，通过同步调焦，使激光微能量计能够观察和瞄准目标物，从而达到精确测量目标物能量的目的。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有技术中的飞焦级激光微能量计不能测量小于800fJ/cm2能量，也不能对目标进行观察和瞄准的问题，提出了一种飞焦级激光微能量计，飞焦级激光微能量计通过同步调焦，使激光微能量计能够观察和瞄准目标物，从而达到精确测量目标物能量的目的，可测量目标的距离为1m～∞，可精确测量2.2fJ/cm2～5*105fJ/cm2的激光能量。本发明的一种具有光学系统和观测系统的飞焦级激光微能量计，它的测量能量范围为2.2fJ/cm2～5*105fJ/cm2，它能对目标进行观察和瞄准，测量目标的距离为1m～∞。
本发明的目的是通过下述技术方案实现的。
本发明的一种飞焦级激光微能量计，包括光学系统、探测系统和信号处理及显示系统，光能通过光学系统把光能量聚焦到探测系统的探测器上，探测器把光信号转换为电信号，然后进入信号处理及显示系统；其中光学系统是由第一凸透镜、第二凸透镜、凹透镜、旋转平面反射镜和目镜组成，三块透镜是并排共轴的，三块透镜与旋转平面反射镜的排列顺序为第一凸透镜、第二凸透镜、凹透镜和旋转平面反射镜，旋转平面反射镜的中心在并排的三块透镜的光轴上，三块透镜、旋转平面反射镜与目镜形成一个望远系统，对目标物进行观察；三块透镜与探测器形成一个探测系统，对目标物的能量进行测量；其中第一凸透镜的直径为202mm及以上。
探测器与三块透镜组是共轴的，并可相对移动，探测器的探测面的中心需要位于三块透镜组的聚焦点上，由于光源与飞焦级激光微能量计的距离不同，三块透镜对能量的聚焦点就会不同，可通过三块透镜组与探测器的相对移动，使探测器的探测面的中心位于三块透镜组的聚焦点上，用于接收从光学系统输出的光能，对目标进行光能测量。
旋转平面反射镜的镜面与三块透镜组光轴的夹角大于0°、小于90°时，三块透镜组、旋转平面反射镜和目镜形成望远系统，对目标物进行观察，测量目标的距离为1m～∞；然后将旋转平面反射镜进行旋转使其与透镜的光轴平行，三块透镜组与探测器行成测量系统，对目标物的能量进行测量，测量目标物的能量为2.2fJ/cm2～5*105fJ/cm2。
目镜上分划板6到旋转平面反射镜中心的距离与探测器到旋转平面反射镜中心的距离相等；目镜、旋转平面反射镜和探测器为一个整体，可以相对于透镜组整体移动，达到同步调焦的目的。
本发明的飞焦级激光微能量计配有L型弯板和三脚架，工作时放在工作台上或放在三角架上，实现室内或室外测量使用。
有益效果
(1)具有观测系统的飞焦级激光微能量计的测量范围为2.2fJ/cm2～5*105fJ/cm2；
(2)旋转平面反射镜的平面与透镜的光轴平行时，三块透镜组与探测器沿着光轴可以相对移动，使探测器在三块透镜的聚焦点上，对目标进行光能测量，测量目标的距离为1m～∞；
(3)旋转平面反射镜的镜面与三块透镜组光轴的夹角大于0°、小于90°时，三块透镜组、旋转平面反射镜和目镜形成望远系统，对目标物进行观察和瞄准；
(4)具有观测系统的飞焦级激光微能量计在室内或室外测量使用；
(5)目镜、旋转平面反射镜和探测器为一个整体，沿着光轴可以相对于透镜组整体移动，通过同步调焦，使激光微能量计能够观察和瞄准目标物，从而达到精确测量目标物能量的目的。

附图说明

图1为飞焦级激光微能量计的系统组成；
图2为光学系统图；其中，1-第一凸透镜、2-第二凸透镜、3-凹透镜、4-旋转平面反射镜、5-探测器、6-目镜的分划板、7-目镜。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作详细说明。
本发明的飞焦级激光微能量计，包括光学系统、探测系统和信号处理及显示系统，如图1所示；其中光学系统是由第一凸透镜1、第二凸透镜2、凹透镜3、目镜7和旋转平面反射镜4组成，三块透镜是共轴的，三块透镜与旋转平面反射镜4的排列顺序为第一凸透镜1、第二凸透镜2、凹透镜3和旋转平面反射镜4；旋转平面反射镜4的中心在并排的三块透镜的光轴上，三块透镜、旋转平面反射镜4与目镜7形成一个望远系统，能够对目标物进行观察和瞄准。光源通过光学系统把光能量聚焦到探测系统的探测器5上，探测器5把光信号转换为电信号，然后进入信号处理及显示系统。
光学系统中第一凸透镜1与第二凸透镜2之间的距离为130mm，第二凸透镜2和凹透镜3之间的距离为0.15mm，凹透镜3与旋转平面反射镜4之间的距离为118mm，其中第一凸透镜直径为202mm，焦距为434mm，第二凸透镜直径为134mm，焦距为183mm，凹透镜直径为120mm，焦距为-187mm；并排的三块透镜的组合焦距为340mm；探测器5放置在三块透镜的组合焦距的焦平面上，探测器5的中心在三块透镜的光轴上，光能经过光学系统的三块透镜之后进入探测器5，光学系统图如图2所示。
旋转平面反射镜4的镜面与三块透镜组光轴的夹角为45°时，三块透镜、旋转平面反射镜4和目镜7形成一个望远系统，对光源进行观察和瞄准，确定目标物，然后将旋转平面反射镜4进行旋转使其平面与透镜的光抽平行，透镜组与探测器5形成一个探测系统，达到测量目标物能量的目的，测量的目标物的最小能量为2.2fJ/cm2。