非扫描成像激光雷达光栅多光束发射系统研究

摘要

论文工作借鉴了高斯光束整形的相关技术，设计了一种可使发射光束能量均匀分布的发射系统。 本文采用开普勒望远镜作为发射光学系统，利用几何光学原理理论推导了光学系统的透镜焦距和孔径、视场光阑孔径、出射光束束散角及光束间夹角等参数计算公式。为了简化计算过程，采用近似计算方法对上述参数进行了具体计算，经分析相对误差小于0.4﹪。 论文中分析了光栅空间周期和参考光入射角与衍射级次分布的关系，并依掘关系式对入射角在0～90°之间取值计算0级与+1级衍射光的夹角，根据实际需要折衷选取了入射角的大小。

目录

文摘

英文文摘

第1章绪论

1.1课题背景

1.2国内外研究现状及分析

1.2.1成像激光雷达发射系统的发展

1.2.2非扫描成像激光雷达发射系统

1.3主要研究内容

第2章光束整形装置设计

2.1光束整形发展现状分析与方案选则

2.1.1偏振滤波法用于光束整形

2.1.2二元矩形位相光栅用于高斯光束空间整形

2.1.3二元全息光栅用于光束整形

2.1.4分析总结

2.2二元计算全息位相光栅设计

2.2.1计算全息图的选择

2.2.2计算全息光栅方程二元化

2.2.3二元计算全息位相光栅基本公式推导

2.2.4二元计算全息位相光栅编码

2.2.5物波光场分布及位相信息提取

2.2.6二元计算全息位相光栅条纹分布计算

2.2.7二元计算全息位相光栅条纹绘制

2.3本章小节

第3章发射光学系统设计

3.1发射光学系统设计要求

3.2发射光学系统理论公式推导

3.2.1基本变量说明

3.2.2基本理论公式推导

3.2.3出射光束束散角计算

3.2.4出射光束在目标面上光斑大小计算

3.2.5光栅有效衍射孔径计算

3.2.6透镜口径计算

3.2.7视场光阑口径计算

3.2.8发射距离计算

3.3依据理论公式对参数进行具体计算

3.3.1近似计算Ⅰ

3.3.2近似计算Ⅱ

3.3.3近似计算Ⅲ

3.3.4近似计算Ⅳ

3.3.5光斑阵列大小具体计算

3.3.6透镜口径大小具体计算

3.3.7视场光阑口径具体计算

3.4本章小节

第4章全息光栅衍射级次分布及衍射效率研究

4.1二元全息位相光栅衍射级次分布的研究

4.1.1光栅空间周期与衍射级次分布的关系

4.1.2入射角φ与衍射级次分布的关系

4.2全息光栅衍射效率研究

4.2.1振幅全息图的衍射效率

4.2.2位相全息图的衍射效率

4.2.3影响全息光栅衍射效率因素的分析

4.2.4提高全息光栅衍射效率的方法

4.3本章小节

结论

参考文献

附录1二元全息位相光栅归一化常数计算程序流程图

附录2二元全息位相光栅归一化常数计算程序

附录3二元全息位相光栅条纹绘制程序流程图

附录4二元全息位相光栅条纹绘制程序

附录5光栅有效孔径近似计算程序及运行结果

附录6束散角近似计算程序及运行结果

附录7远距离光斑大小近似计算程序及运行结果

附录8像方视场角近似计算程序及运行结果

攻读学位期间发表的学术论文

哈尔滨工业大学硕士学位论文原创性声明及学位论文使用授权书

致谢