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全光纤拉曼激光雷达的微透镜耦合系统研究

李仕春  华灯鑫  宋跃辉  王鹏  
【摘要】:望远镜接收的后向散射光场与单模光纤的耦合效率是影响全光纤拉曼测温激光雷达系统性能的重要参数之一。通过分析自由空间平面光场与单模光纤耦合的数学模型,阐明了同轴激光雷达接收望远镜中心遮挡对最佳耦合效率的影响,并对不同遮挡率时横向偏移、倾斜角度和离焦误差等安装误差对耦合效率的影响进行数值分析。然后以此为基础采用Zemax软件创建望远镜耦合系统优化设计的初始光学系统,增加并选择合适的透镜和微透镜及优化系统结构参数,使系统在遮挡率为0.288时总耦合效率从卡塞格林望远镜直接耦合的17%提高至50%。最后提供了两种微透镜阵列与单模光纤阵列结构来提高光信号耦合能量。结果表明,使用微透镜阵列与单模光纤阵列耦合的新型望远镜耦合系统可以提高拉曼激光雷达系统的耦合效率和能量。

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