线扫描激光雷达光路的光机热集成优化设计

• 作者: 张婷婷 杨照清 郭汉明
• 来源期刊: 光学技术
• 学科: 物理学
• 关键词: 应用光学 激光雷达 光学设计 热分析 Zernike拟合
• 年，卷（期）: 2020,（6）
• 所属期刊栏目: 光学设计
• 页码范围: 654-659
• 页数: 6页
• 分类号: O439
• 语种: 中文

摘要

发射透镜直接准直半导体激光光源方案能够使线扫描激光雷达结构更紧凑、成本更低,但是由于高功率半导体激光光源发热严重会导致光学元件热变形,从而导致探测器接收到的光功率急剧降低而不可探测.提出了一种30m探测距离的线扫描激光雷达光路的光机热集成优化设计方法.以预设工作温度40℃至80℃的中间温度60℃为初始条件,基于Zemax软件优化设计了发射透镜与接收透镜的光路系统,使工作温度为60℃时的光路系统光学性能最佳;使用有限元方法分析该光路与相应的机械结构随温度变化时光学元件热形变的情况,通过添加SiO2气凝胶作为隔热材料进行光路系统的机械结构优化.优化结果表明,采用光机热集成优化设计方法后,优化后的光路与机械结构在工作温度40℃至80℃范围内探测器接收到的光功率始终在10-4w量级,相比仅仅使用Zemax软件优化设计发射透镜与接收透镜方法(探测器接收到的光功率10-6?10-4w)有了显著的提升.