全天时单光子激光雷达技术进展与系统评价

单光子激光雷达(又称光子计数激光雷达)具有单光子量级的探测灵敏度,相比于传统的线性探测激光雷达,能够获得更远的探测距离,已经成为激光雷达探测技术的前沿和发展趋势。然而,极高的探测灵敏度也使单光子激光雷达在探测中极易受到背景噪声光子的干扰,这在很大程度上降低了其在白天工作的性能,也极大地限制了其适用范围。文中从单光子激光雷达的探测原理出发,简要回顾了其技术发展,分析了全天时工作对单光子激光雷达探测系统的需求,在此基础上,采用一种新型的光谱滤波技术,极大地提升了单光子激光雷达在白天的探测性能。同时,还提出了一种普适性的评价模型,能够极为直观地对各种激光雷达系统的探测性能进行评价。     

体布拉格光栅光谱滤波器特性研究

高透过率、窄光谱带宽、高抑制比的滤波器件是提升光学系统光谱纯度的核心部件，也是近年来新型光学器件领域研究的热门方向。传统的滤波器件不能够同时满足透过率、光谱带宽以及带外抑制的要求，而文中研究的体光栅作为一种新型的光栅，衍射效率大于90%，光谱带宽在100 pm左右，并且拥有一定的角度滤波特性。依据耦合波理论，理论仿真了各个光栅参数（光栅厚度、折射率调制度、光栅周期、光栅倾角）对光栅衍射效率及光谱带宽的影响，定量地给出了参数影响的大小，为体光栅的设计提供了理论指导。设计了体光栅测试系统，通过实验验证了体光栅的衍射效率、光谱带宽、角度选择性，实验结果与理论较为符合，为体光栅的实际应用提供了实验数据支持。     

基于体光栅窄带光学滤波的激光雷达收发波长动态匹配技术研究

激光雷达是一种可以精确、快速获取目标三维信息的主动探测技术。然而，激光雷达在白天工作时会受到强烈的太阳背景辐射噪声的影响。此时，一般需要采用窄线宽的激光器与滤波器件配合使用，从而达到背景光抑制的效果。当两者都是极窄线宽时，如果二者中心波长产生失配，即具有一定的误差，那么接收信号的信噪比将会受到显著影响。因此，文中从窄带滤波和接收信号对发射信号的波长跟踪的角度出发，利用体光栅的相关特性设计了激光雷达的可调谐滤波接收器和收发系统光路，实现了激光雷达在窄滤波带宽条件下接收波长对发射波长的跟踪。最后，在实验室实际搭建了整个系统，验证了系统设计的正确性。在固定波长条件下与可调谐波长条件下，跟踪精度均优于2.9 pm，此时，接收信号强度大于中心波长完全匹配条件下的99.97%。