一种大气海洋探测激光雷达的探测方法及中继光学系统

摘要

本发明提供一种大气海洋探测激光雷达的探测方法及中继光学系统，包括视场分离和分通道回波信号探测，视场分离镜将接收望远镜的输出光进行视场分离，532nm大视场回波信号被反射至海洋探测通道中继光学系统，小视场大气回波信号通过视场分离镜的中心开孔后射向大气探测通道准直镜组，再进行分色、光路转折后分通道光学中继。本发明通过采用视场分离镜，将探测海底的532nm大视场回波信号与探测大气与海面的中心视场355nm、532nm、1064nm回波信号分离开，实现大气海洋空间环境的复合探测；采用准直镜、聚焦镜、分色镜、偏振分光镜、滤光片等光学模块对回波信号进行处理，实现气海三波长五通道探测功能，能够实现大气与海洋复合探测。

说明书

技术领域

本发明涉及测量测试技术领域，具体涉及一种大气海洋探测激光雷达的探测方法及中继光学系统。

背景技术

气象海洋环境条件是影响军事行动进程的重要因素，特殊情况下可决定军事行动的成败。我国第一代军事大气海洋环境卫星云海一号卫星装载推扫式CCD微光云图成像仪、全极化微波辐射计、红外扫描辐射计等有效载荷，利用微光和红外成像，微波辐射探测等手段，获取全球范围微光可见光红外云图，海面风场等信息，重点监测晨昏时段海上和目标区低云大雾的发生及演变情况，为我军水面舰艇航行、舰载机起降、航空飞行、精确制导武器和光学侦察卫星运用提供气象水文保障。新一代军事大气海洋环境综合观测卫星，主要实现对陆表、海表、大气、云、中高空风场、空间环境等的探测，制作生成低云大雾、海面风场、温湿度廓线、中高空风场、空间环境等保障产品，实现对目标区域的大气海洋环境探测和预报功能，可为我军水面舰艇航行、舰载起降、航空飞行、精确制导武器运用等提供大气海洋环境信息，提高我国气象水文保障能力。

大气海洋探测激光雷达主要用于增强云层探测能力，尤其是云层垂直结构和类别，以及气溶胶和能见度探测。因此，亟需一种适用于气海综合探测的中继光学系统，使大气海洋环境监测雷达具备全球范围内的高精度云(云相态、云滴直径)、气溶胶(大气能见度)和海面风场、海浪探测能力。

发明内容

发明是为了解决大气与海洋复合探测的问题，提供一种大气海洋探测激光雷达的探测方法及中继光学系统，通过采用视场分离镜，将探测海底的532nm大视场回波信号与探测大气与海面的中心视场355nm、532nm、1064nm回波信号分离开，实现大气海洋空间环境的复合探测；采用准直镜、聚焦镜、分色镜、偏振分光镜、滤光片等光学模块对回波信号进行处理，实现气海三波长五通道探测功能，能够实现大气与海洋复合探测。

本发明提供一种大气海洋探测激光雷达的探测方法，包括以下步骤：

S1、视场分离：视场分离镜将接收望远镜的输出光进行视场分离，532nm大视场回波信号被反射至海洋探测通道中继光学系统，小视场大气回波信号通过视场分离镜的中心开孔后射向大气探测通道准直镜组，视场分离镜45°放置以进行光路转折；

S2、分通道回波信号探测：根据滤光片能接受的最大光线入射角设计532nm大视场回波信号准直为平行光的角度，使532nm大视场回波信号先准直为平行光再通过聚焦镜聚焦至光电探测器的光敏面处，得到532nm大视场电信号；

小视场大气回波信号经大气探测通道准直镜组进行三波长准直，再进行分色、光路转折后分别进入355nm大气探测通道中继光学系统、532nm偏振探测通道中继光学系统和1064nm大气探测通道中继光学系统，经分通道对准直后的平行光滤光、聚焦后射向光电探测器的光敏面，得到355nm大气探测电信号、532nmP偏振大气探测电信号、532nmS偏振大气探测电信号和1064nm大气探测电信号；

光路转折使用45°放置的分色镜或折转反射镜，聚焦镜根据准直后的平行光的入射角度设计。

本发明所述的一种大气海洋探测激光雷达的探测方法，作为优选方式，步骤S2包括以下步骤：

S21、海洋探测通道探测：海洋探测通道中继光学系统将532nm大视场回波信号准直为平行光后聚焦到光电探测器的光敏面上，得到532nm大视场电信号；根据海洋探测通道滤光片能接受的最大光线入射角设计海洋探测通道准直镜组的参数；

S22、355nm大气探测通道探测：小视场大气回波信号经大气探测通道准直镜组进行三波长准直后得到的平行光后通过第一分色镜进行分色，355nm大气探测回波信号被反射至355nm大气探测通道中继光学系统，经355nm大气探测通道滤光片滤光后再经355nm聚焦镜组聚焦到355nm大气探测通道光电探测器的光敏面上，得到355nm大气探测电信号，第一分色镜45°放置进行光路转折，355nm聚焦镜组为两片SILICA材质的平凸透镜组合；

S23、532nm偏振探测通道探测：通过第一分色镜透射的小视场大气回波信号输出至第二分色镜，第二分色镜将532nm大气探测回波信号反射至532nm偏振探测通道中继光学系统，经偏振分光棱镜偏振分光、P偏振通道滤光片滤光、P偏振通道532nm聚焦镜聚焦后聚焦到P偏振通道光电探测器，得到532nmP偏振大气探测电信号，偏振分光棱镜的反射光经折转反射镜进行光路转折后射向S偏振通道滤光片，滤光后经S偏振通道532nm聚焦镜聚焦后聚焦到S偏振通道光电探测器，得到532nmS偏振大气探测电信号；

P偏振通道532nm聚焦镜和S偏振通道532nm聚焦镜均根据滤光后的入射角度设置为两片SILICA材质的平凸透镜组合；

S24、1064nm大气探测通道探测：第二分色镜将1064nm大气探测回波信号透射至1064nm大气探测通道中继光学系统，经1064nm大气探测通道滤光片滤光、1064nm聚焦镜聚焦后聚焦到1064nm大气探测通道光电探测器上，得到1064nm大气探测电信号；

1064nm聚焦镜包括材质分别为H-ZF7LA、H-K9L、H-ZF7LA的三片透镜。

本发明所述的一种大气海洋探测激光雷达的探测方法，作为优选方式，步骤S2包括以下步骤：

S25、偏振校准：当进行532nm偏振探测通道中继光学系统的偏振校准模式时，将消偏片切入到光路中。

本发明提供一种大气海洋探测激光雷达中继光学系统，包括设置在接收望远镜输出光路上中心开孔的视场分离镜，设置在视场分离镜反射光路上的海洋探测通道中继光学系统，依次设置在视场分离镜的中心光路上的大气探测通道准直镜组、第一分色镜，设置在第一分色镜反射光路上的355nm大气探测通道中继光学系统，设置在第一分色镜透射光路上的第二分色镜，设置在第二分色镜反射光路上的532nm偏振探测通道中继光学系统和设置在第二分色镜透射光路上的1064nm大气探测通道中继光学系统，视场分离镜45°放置在接收望远镜的焦平面处；

视场分离镜用于将532nm大视场回波信号反射至海洋探测通道中继光学系统，经准直、滤光、聚焦后入射光到光电探测器的光敏面并得到532nm大视场电信号，532nm大视场回波信号为海底探测信号；

视场分离镜用于将小视场大气回波信号通过开孔后分色、转折并分别输出至355nm大气探测通道中继光学系统、532nm偏振探测通道中继光学系统和1064nm大气探测通道中继光学系统，分别得到355nm大气探测电信号、532nmP偏振大气探测电信号、532nmS偏振大气探测电信号和1064nm大气探测电信号，小视场大气回波信号为大气与海面的中心视场探测信号。

本发明所述的一种大气海洋探测激光雷达中继光学系统，作为优选方式，海洋探测通道中继光学系统包括依次设置在视场分离镜反射光路上的海洋探测通道准直镜组、海洋探测通道滤光片、海洋探测通道聚焦镜组和海洋探测通道光电探测器；

视场分离镜镀532nm高反膜；

海洋探测通道准直镜组为大视场532nm波长准直镜，海洋探测通道准直镜组用于将532nm大视场回波信号准直成为平行光，海洋探测通道准直镜组的F数与接收望远镜的F数相匹配，海洋探测通道准直镜组包括材质分别为H-ZF7LA、H-K9L、H-ZF7LA的3片光学镜片，海洋探测通道滤光片为窄带滤光片，海洋探测通道光电探测器为PMT，海洋探测通道聚焦镜组聚焦后的光斑大小与海洋探测通道光电探测器的光敏面大小相匹配。

本发明所述的一种大气海洋探测激光雷达中继光学系统，作为优选方式，大气探测通道准直镜组为中心视场355nm、532nm与1064nm三波长准直镜，大气探测通道准直镜组用于将小视场大气回波信号准直成为平行光，大气探测通道准直镜组包括两片材质均为SILICA的光学镜片，大气探测通道准直镜组的F数与接收望远镜的F数相匹配；

第一分色镜表面镀355nm高反膜，第一分色镜用于反射355nm大气探测回波信号；

第二分色镜表面镀532nm高反膜，第二分色镜用于反射532nm大气探测回波信号；

第一分色镜和第二分色镜均45°放置。

本发明所述的一种大气海洋探测激光雷达中继光学系统，作为优选方式，355nm大气探测通道中继光学系统包括依次设置在第一分色镜反射光路上的355nm大气探测通道滤光片、355nm聚焦镜组和355nm大气探测通道光电探测器；

355nm聚焦镜组包括两片材质为SILICA的光学镜片；355nm大气探测通道滤光片为窄带滤光片，355nm大气探测通道光电探测器为PMT，355nm聚焦镜组聚焦后的光斑大小与355nm大气探测通道光电探测器的光敏面大小相匹配。

本发明所述的一种大气海洋探测激光雷达中继光学系统，作为优选方式，532nm偏振探测通道中继光学系统包括依次设置在第二分色镜反射光路上的消偏片、偏振分光棱镜，设置在偏振分光棱镜反射光路上的折转反射镜，依次设置在偏振分光棱镜透射光路上的P偏振通道滤光片、P偏振通道532nm聚焦镜、P偏振通道光电探测器，依次设置在偏振分光棱镜反射光路上的S偏振通道滤光片、S偏振通道532nm聚焦镜和S偏振通道光电探测器，折转反射镜45°放置；

消偏片用于在中继光学系统进行偏振校准模式时，切入到光路中进行偏振校准，在进行气海探测模式时，切出光路；偏振分光棱镜用于透射532nmP偏振光、反射532nmS偏振光，折转反射镜用于将532nmS偏振光的光路折转90°；P偏振通道532nm聚焦镜和S偏振通道532nm聚焦镜均包括两片材质为SILICA的平凸透镜；P偏振通道滤光片和S偏振通道滤光片均为窄带滤光片，P偏振通道光电探测器和S偏振通道光电探测器均为PMT，P偏振通道532nm聚焦镜聚焦后的光斑大小与P偏振通道光电探测器的光敏面大小相匹配，所S偏振通道532nm聚焦镜聚焦后的光斑大小与S偏振通道光电探测器的光敏面大小相匹配。

本发明所述的一种大气海洋探测激光雷达中继光学系统，作为优选方式，1064nm大气探测通道中继光学系统包括依次设置在第二分色镜透射光路上的1064nm大气探测通道滤光片、1064nm聚焦镜和1064nm大气探测通道光电探测器；

1064nm大气探测通道滤光片为窄带滤光片，1064nm聚焦镜包括材质分别为H-ZF7LA、H-K9L、H-ZF7LA的3片光学镜片，1064nm聚焦镜聚焦后的光斑大小与1064nm大气探测通道光电探测器的光敏面大小相匹配，1064nm大气探测通道光电探测器为APD。

本发明的技术解决方案：一种大气海洋探测激光雷达中继光学系统，分为五个通道，分别为：海底探测532nm通道；大气探测355nm通道；大气探测532nmP偏振探测通道；大气探测532nmS偏振探测通道；大气探测1064nm探测通道。大气海洋探测激光雷达中继光学系统由视场分离镜、准直镜、聚焦镜、分色镜、折转反射镜、偏振分光镜、消偏片、滤光片等模块组成，对回波信号进行分视场、分色、滤波等处理，最终聚焦到探测器光敏面。

一种大气海洋探测激光雷达中继光学系统，其特征在于：由视场分离镜、海洋探测通道准直镜组、海洋探测通道聚焦镜组、大气探测通道准直镜组、分色镜1、355nm聚焦镜组、分色镜2、消偏片、偏振分光棱镜、折转反射镜、532nm聚焦镜、1064nm聚焦镜以及各通道窄带滤光片组成，其光学参数与接收望远镜参数相匹配。

视场分离镜45°放置于接收望远镜焦平面处，中心开孔，镀532nm高反膜，用于将532mm大视场回波信号与355nm、532nm、1064nm中心小视场回波信号分离。

准直镜包含532nm大视场准直镜与三波长中心视场准直镜，用于将回波信号准直成为平行光，准直镜F数需与望远镜F数相匹配。

聚焦镜用于将准直后的回波信号进行聚焦，以便探测器光敏面接收，聚焦后的光斑大小需与探测器光敏面大小相匹配。

分色镜45°放置，用于将不同波长光分离开，其中分色镜反射355nm波长光，透射532nm与1064nm波长光，分色镜反射532nm波长光，透射1064nm波长光。折转反射镜45°放置，用于532nm光路折转。

偏振分光镜用于532nm偏振通道，将532nmP光与S光分离。6、根据权利要求1的一种大气海洋探测激光雷达中继光学系统，其特征在于：各通道滤光片用于滤除背景杂光，提高系统信噪比，其中心波长需与激光器波长相匹配。

准直镜模块包含两种准直镜，一种是大视场532nm波长准直镜，其包含3片光学镜片，材料分别为H-ZF7LA、H-K9L、H-ZF7LA。一种为中心视场355nm、532nm与1064nm三波长准直镜，其包含两片光学镜片，材料均为SILICA。

聚焦镜模块包含三种聚焦镜，一种为大视场532nm波长聚焦镜，其光敏面大小为8mm，包含3片光学镜片，材料分别为H-ZF7LA、H-K9L、H-ZF7LA；一种为355nm、532nm聚焦镜，光敏面大小为8mm，包含两片光学镜片，材料均为SILICA；最后一种为1064nm聚焦镜，光敏面大小为0.8mm，包含3片光学镜片，材料分别为H-ZF7LA、H-K9L、H-ZF7LA。

接收望远镜焦面处45°放置视场分离镜，其中心开孔，表面镀532nm高反膜，532nm大视场回波信号反射至海洋探测通道准直镜组准直为平行光，平行光路中加入532nm滤光片，然后经海洋探测通道聚焦镜组聚焦后入射到海洋探测通道探测器光敏面处。小视场大气回波信号通过视场分离镜中心开孔后，经过大气探测通道准直镜组准直后经分色镜1分色，其中355nm波长回波信号反射，经过355nm滤光片与355nm聚焦镜组聚焦后入射到355nm大气探测通道探测器光敏面处。透射的532nm与1064nm回波信号经分色镜后，532nm回波信号反射，经过偏振分光棱镜，532nmS偏振光反射，经过折转反射镜、532nm滤光片、532nm聚焦镜后入射到532nmS通道探测器光敏面处。偏振分光棱镜透射532nmP偏振光，经过滤光片与532nm聚焦镜后入射到532nmP通道探测器光敏面处。经过分色镜透射的1064nm回波信号光经过1064nm滤光片与1064nm聚焦镜后，入射到1064nm大气探测通道探测器光敏面处。

消偏片用于532nm偏振通道偏振效率校准，在系统处于偏振校准模式时，切入到光路中，进行偏振校准，在处于气海探测模式时，消偏片切出光路，系统正常探测。

本发明具有以下优点：

(1)目前现有激光雷达技术基本都是将大气探测与海洋探测分开，是两个探测体系，本发明设计的中继光学系统，可实现大气海洋一体化、小型化探测，满足多样化军事任务气象水文保障。

(2)本发明采用45°反射镜中心开孔分视场、分波长的设计，既能分离532nm大视场海洋回波信号，又不影响大气小视场回波信号的处理。

附图说明

图1为一种大气海洋探测激光雷达的探测方法流程图；

图2为一种大气海洋探测激光雷达的探测方法步骤S2流程图；

图3为一种大气海洋探测激光雷达中继光学系统原理图；

图4为一种大气海洋探测激光雷达中继光学系统海洋探测通道光学设计图；

图5为一种大气海洋探测激光雷达中继光学系统355nm、532nmP/S大气探测通道光学设计图；

图6为一种大气海洋探测激光雷达中继光学系统1064nm大气探测通道光学设计图。

附图标记：

1、视场分离镜；2、海洋探测通道中继光学系统；21、海洋探测通道准直镜组；22、海洋探测通道滤光片；23、海洋探测通道聚焦镜组；24、海洋探测通道光电探测器；3、大气探测通道准直镜组；4、第一分色镜；5、355nm大气探测通道中继光学系统；51、355nm大气探测通道滤光片；52、355nm聚焦镜组；53、355nm大气探测通道光电探测器；6、第二分色镜；7、532nm偏振探测通道中继光学系统；71、消偏片；72、偏振分光棱镜；73、折转反射镜；74、P偏振通道滤光片；75、P偏振通道532nm聚焦镜；76、P偏振通道光电探测器；77、S偏振通道滤光片；78、S偏振通道532nm聚焦镜；79、S偏振通道光电探测器；8、1064nm大气探测通道中继光学系统；81、1064nm大气探测通道滤光片；82、1064nm聚焦镜；83、1064nm大气探测通道光电探测器。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。

实施例1

如图1所示，一种大气海洋探测激光雷达的探测方法，包括以下步骤：

S1、视场分离：视场分离镜1将接收望远镜的输出光进行视场分离，532nm大视场回波信号被反射至海洋探测通道中继光学系统2，小视场大气回波信号通过视场分离镜1的中心开孔后射向大气探测通道准直镜组3，视场分离镜145°放置以进行光路转折；

S2、分通道回波信号探测：根据滤光片能接受的最大光线入射角设计532nm大视场回波信号准直为平行光的角度，使532nm大视场回波信号先准直为平行光再通过聚焦镜聚焦至光电探测器的光敏面处，得到532nm大视场电信号；

小视场大气回波信号经大气探测通道准直镜组3进行三波长准直，再进行分色、光路转折后分别进入355nm大气探测通道中继光学系统5、532nm偏振探测通道中继光学系统7和1064nm大气探测通道中继光学系统8，经分通道对准直后的平行光滤光、聚焦后射向光电探测器的光敏面，得到355nm大气探测电信号、532nmP偏振大气探测电信号、532nmS偏振大气探测电信号和1064nm大气探测电信号；

光路转折使用45°放置的分色镜或折转反射镜，聚焦镜根据准直后的平行光的入射角度设计；

如图2所示，S21、海洋探测通道探测：海洋探测通道中继光学系统2将532nm大视场回波信号准直为平行光后聚焦到光电探测器的光敏面上，得到532nm大视场电信号；根据海洋探测通道滤光片22能接受的最大光线入射角设计海洋探测通道准直镜组21的参数；

S22、355nm大气探测通道探测：小视场大气回波信号经大气探测通道准直镜组3进行三波长准直后得到的平行光后通过第一分色镜4进行分色，355nm大气探测回波信号被反射至355nm大气探测通道中继光学系统5，经355nm大气探测通道滤光片51滤光后再经355nm聚焦镜组52聚焦到355nm大气探测通道光电探测器53的光敏面上，得到355nm大气探测电信号，第一分色镜445°放置进行光路转折，355nm聚焦镜组52为两片SILICA材质的平凸透镜组合；

S23、532nm偏振探测通道探测：通过第一分色镜4透射的小视场大气回波信号输出至第二分色镜6，第二分色镜6将532nm大气探测回波信号反射至532nm偏振探测通道中继光学系统7，经偏振分光棱镜72偏振分光、P偏振通道滤光片74滤光、P偏振通道532nm聚焦镜75聚焦后聚焦到P偏振通道光电探测器76，得到532nmP偏振大气探测电信号，偏振分光棱镜72的反射光经折转反射镜73进行光路转折后射向S偏振通道滤光片77，滤光后经S偏振通道532nm聚焦镜78聚焦后聚焦到S偏振通道光电探测器79，得到532nmS偏振大气探测电信号；

P偏振通道532nm聚焦镜75和S偏振通道532nm聚焦镜78均根据滤光后的入射角度设置为两片SILICA材质的平凸透镜组合；

S24、1064nm大气探测通道探测：第二分色镜6将1064nm大气探测回波信号透射至1064nm大气探测通道中继光学系统8，经1064nm大气探测通道滤光片81滤光、1064nm聚焦镜82聚焦后聚焦到1064nm大气探测通道光电探测器83上，得到1064nm大气探测电信号；

1064nm聚焦镜82包括材质分别为H-ZF7LA、H-K9L、H-ZF7LA的三片透镜；

S25、偏振校准：当进行532nm偏振探测通道中继光学系统7的偏振校准模式时，将消偏片71切入到光路中。

实施例2

如图3所示，一种大气海洋探测激光雷达中继光学系统，包括设置在接收望远镜输出光路上中心开孔的视场分离镜1，设置在视场分离镜1反射光路上的海洋探测通道中继光学系统2，依次设置在视场分离镜1的中心光路上的大气探测通道准直镜组3、第一分色镜4，设置在第一分色镜4反射光路上的355nm大气探测通道中继光学系统5，设置在第一分色镜4透射光路上的第二分色镜6，设置在第二分色镜6反射光路上的532nm偏振探测通道中继光学系统7和设置在第二分色镜6透射光路上的1064nm大气探测通道中继光学系统8，视场分离镜145°放置在接收望远镜的焦平面处；

视场分离镜1用于将532nm大视场回波信号反射至海洋探测通道中继光学系统2，经准直、滤光、聚焦后入射光到光电探测器的光敏面并得到532nm大视场电信号，532nm大视场回波信号为海底探测信号；

视场分离镜1用于将小视场大气回波信号通过开孔后分色、转折并分别输出至355nm大气探测通道中继光学系统5、532nm偏振探测通道中继光学系统7和1064nm大气探测通道中继光学系统8，分别得到355nm大气探测电信号、532nmP偏振大气探测电信号、532nmS偏振大气探测电信号和1064nm大气探测电信号，小视场大气回波信号为大气与海面的中心视场探测信号；

海洋探测通道中继光学系统2包括依次设置在视场分离镜1反射光路上的海洋探测通道准直镜组21、海洋探测通道滤光片22、海洋探测通道聚焦镜组23和海洋探测通道光电探测器24；

视场分离镜1镀532nm高反膜；

海洋探测通道准直镜组21为大视场532nm波长准直镜，海洋探测通道准直镜组21用于将532nm大视场回波信号准直成为平行光，海洋探测通道准直镜组21的F数与接收望远镜的F数相匹配，海洋探测通道准直镜组21包括材质分别为H-ZF7LA、H-K9L、H-ZF7LA的3片光学镜片，海洋探测通道滤光片22为窄带滤光片，海洋探测通道光电探测器24为PMT，海洋探测通道聚焦镜组23聚焦后的光斑大小与海洋探测通道光电探测器24的光敏面大小相匹配；

大气探测通道准直镜组3为中心视场355nm、532nm与1064nm三波长准直镜，大气探测通道准直镜组3用于将小视场大气回波信号准直成为平行光，大气探测通道准直镜组3包括两片材质均为SILICA的光学镜片，大气探测通道准直镜组3的F数与接收望远镜的F数相匹配；

第一分色镜4表面镀355nm高反膜，第一分色镜4用于反射355nm大气探测回波信号；

第二分色镜6表面镀532nm高反膜，第二分色镜6用于反射532nm大气探测回波信号；

第一分色镜4和第二分色镜6均45°放置；

355nm大气探测通道中继光学系统5包括依次设置在第一分色镜4反射光路上的355nm大气探测通道滤光片51、355nm聚焦镜组52和355nm大气探测通道光电探测器53；

355nm聚焦镜组52包括两片材质为SILICA的光学镜片；355nm大气探测通道滤光片51为窄带滤光片，355nm大气探测通道光电探测器53为PMT，355nm聚焦镜组52聚焦后的光斑大小与355nm大气探测通道光电探测器53的光敏面大小相匹配；

532nm偏振探测通道中继光学系统7包括依次设置在第二分色镜6反射光路上的消偏片71、偏振分光棱镜72，设置在偏振分光棱镜72反射光路上的折转反射镜73，依次设置在偏振分光棱镜72透射光路上的P偏振通道滤光片74、P偏振通道532nm聚焦镜75、P偏振通道光电探测器76，依次设置在偏振分光棱镜72反射光路上的S偏振通道滤光片77、S偏振通道532nm聚焦镜78和S偏振通道光电探测器79，折转反射镜7345°放置；

消偏片71用于在中继光学系统进行偏振校准模式时，切入到光路中进行偏振校准，在进行气海探测模式时，切出光路；偏振分光棱镜72用于透射532nmP偏振光、反射532nmS偏振光，折转反射镜73用于将532nmS偏振光的光路折转90°；P偏振通道532nm聚焦镜75和S偏振通道532nm聚焦镜78均包括两片材质为SILICA的平凸透镜；P偏振通道滤光片74和S偏振通道滤光片77均为窄带滤光片，P偏振通道光电探测器76和S偏振通道光电探测器79均为PMT，P偏振通道532nm聚焦镜75聚焦后的光斑大小与P偏振通道光电探测器76的光敏面大小相匹配，所S偏振通道532nm聚焦镜78聚焦后的光斑大小与S偏振通道光电探测器79的光敏面大小相匹配；

1064nm大气探测通道中继光学系统8包括依次设置在第二分色镜6透射光路上的1064nm大气探测通道滤光片81、1064nm聚焦镜82和1064nm大气探测通道光电探测器83；

1064nm大气探测通道滤光片81为窄带滤光片，1064nm聚焦镜82包括材质分别为H-ZF7LA、H-K9L、H-ZF7LA的3片光学镜片，1064nm聚焦镜82聚焦后的光斑大小与1064nm大气探测通道光电探测器83的光敏面大小相匹配，1064nm大气探测通道光电探测器83为APD。

实施例3

一种大气海洋探测激光雷达中继光学系统，可以实现3波长6通道的海表、海底与大气一体化探测，其光学系统原理图如图3所示。接收望远镜焦面处45°放置视场分离镜1，其中心开孔，表面镀532nm高反膜，532nm大视场回波信号反射至海洋探测通道准直镜组2准直为平行光，平行光路中加入532nm滤光片，然后经海洋探测通道聚焦镜组3聚焦后入射到海洋探测通道探测器光敏面处。小视场大气回波信号通过视场分离镜中心开孔后，经过大气探测通道准直镜组4准直后经第一分色镜5分色，其中355nm波长回波信号反射，经过355nm滤光片与355nm聚焦镜组6聚焦后入射到355nm大气探测通道探测器光敏面处。透射的532nm与1064nm回波信号经分色镜7后，532nm回波信号反射，经过偏振分光棱镜9，532nmS偏振光反射，经过折转反射镜10、532nm滤光片、532nm聚焦镜11后入射到532nmS通道探测器光敏面处。偏振分光棱镜透射532nmP偏振光，经过滤光片与532nm聚焦镜11后入射到532nmP通道探测器光敏面处。经过分色镜7透射的1064nm回波信号光经过1064nm滤光片与1064nm聚焦镜12后，入射到1064nm大气探测通道探测器光敏面处。消偏片8在系统进行偏振校准模式时，切入到光路中，进行偏振校准，在进行气海探测模式时，切出光路。

考虑到中继光路中需加入滤光片、分色镜、偏振分光镜等光学元件，而滤光片等光学元件对光线入射角度有要求的问题，设计的各通道光学系统均分为准直镜模块与聚焦镜模块，准直镜模块与聚焦镜模块之间为平行光，设计时根据滤光片等光学元件所能接受的最大光线入射角设计平行光的光线角度，探测器光敏面放置在聚焦镜焦点处。

下面对上述设计过程进行详细介绍

中继光学系统总体指标参数

中继光学系统设计输入参数如下：

波长:355nm、532nm、1064nm；

视场：532nm海洋探测通道视场10mrad

大气探测通道中心视场1mrad

355nm、532nm大气探测通道探测器光敏面：Φ8mm

532nm海洋探测通道探测器光敏面：Φ8mm

1064nm大气探测通道探测器光敏面：Φ0.8mm；

532nm海洋探测通道光学设计

海洋探测通道采用先准直镜准直再聚焦的形式，分为准直镜组与聚焦镜组，设计结果如图4所示，准直镜组其包含3片光学镜片，材料分别为H-ZF7LA、H-K9L、H-ZF7LA，准直镜标称倍率为20倍，准直镜出射平行光发散角标称值为1.14度，满足滤光片入射角度要求。聚焦镜组包含3片光学镜片，材料分别为H-ZF7LA、H-K9L、H-ZF7LA，最终经过聚焦镜后像面大小为5.2mm，满足探测器光敏面大小。

355/532nm大气探测通道光学设计

355nm/532nm大气探测通道光学设计采用先准直镜准直再聚焦的形式，分为准直镜组与聚焦镜组，设计结果如图5所示，与海洋探测通道视场相比较，大气探测通道视场要小许多，所以准直镜与聚焦镜均采用两片平凸透镜组合形式，材料均为SILICA，采用聚焦镜离焦的方式使探测器光敏面处光斑大小为4mm。

1064nm大气探测通道光学设计

1064nm大气探测通道采用先准直镜准直再聚焦的形式，分为准直镜组与聚焦镜组，设计结果如图6所示，其中准直镜与355nm/532nm通道共用。由于1064nm通道探测器光敏面大小为0.8mm，所以设计的聚焦镜需要使用三片透镜，材料分别为材料分别为H-ZF7LA、H-K9L、H-ZF7LA。最终光敏面处光斑大小为0.6mm。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。