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基于达曼光栅的激光雷达线阵照明研究

杨晓旦  
【摘要】:线阵扫描成像激光雷达是自主驾驶车辆的核心传感器,在保证探测性能的前提下,实现小型化、低功耗和低成本是车载激光雷达研究的重要发展方向。为此,本文将达曼光栅分束原理引入线阵激光雷达发射光学系统的设计,旨在提高激光雷达发射照明系统的照明效率和分束均匀性,为车载激光雷达的小型化和低功耗设计探索新途径。论文在深入资料调研的基础上,完成对基于达曼光栅激光雷达线阵照明系统的整体构造,并讨论了组成部件的参数要求。在理论上,对达曼光栅的分束原理及分束特性进行了数值计算和分析讨论,给出了达曼光栅阵列照明子光束光强分布及其与入射光强分布之间的关系。在此基础上,采用混合优化算法设计出了1.06μm波段分束比为13的一维达曼光栅,通过衍射理论计算评估分束性能,衍射效率达到80%以上,不均匀性低于15%。在实验上,委托中科院成都光电所制作了1.061μm波段分束比为13的一维达曼光栅,并自行搭建了基于一维达曼光栅的激光雷达阵列照明实验装置,在532nm、905nm和1.06μm三个波长下进行对比实验,结果表明:将达曼光栅与开普勒倒置望远镜结合是线阵激光雷达阵列照明设计的有效方案,在1.061μm波长处,整体衍射效率接近70%、照明光束间不均匀性低于20%。此外,当波长偏离到905nm时,整体衍射效率仍可高于65%,除0级外照明光束间不均匀性低于20%。论文研究工作对于车载线阵扫描成像激光雷达阵列发射系统的小型化、低功耗设计有一定的参考价值。


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