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光电子大作业书面报告(李畅达 葛湃 吴阳阳 吴源翔 李文渊)
课 题 内 容 激光月海探测仪的初步设计
参 与 人 员 李畅达、李文渊、吴阳阳、吴源翔、葛湃
指 导 教 师 刘旭、李海峰
专 业 光电信息工程 10 级
所 在 学 院 光电系
“光电子学”课程大作业报告
激光月海探测仪的初步设计
指导老师:刘旭、李海峰
成员:李畅达、李文渊、吴阳阳、吴源翔、葛湃
摘要:
根据激光分辨率高度精度 1m,分辨率50m 的要求得到激光的脉冲宽度,通过对激光所发射的
高斯光束以及扩束系统的参数进行计算,同时结合现有的测量灵敏度,我们小组团队计算得出
激光器发射器的相关参数。根据这几项参数,运用光电子学所学知识以及查到的资料对激光的
腔长、出射面面积,镜面反射率进行探测仪系统初步设计。同时,考虑到地月之间的公转与自
转,我们建立了理论模型并进行必要的简化。最后基于现有的资料,我们对整套激光探测仪进
行一定的可行性分析。
关键词:
月海探测、Nd:YAG 激光器、光路修正
一、 课题背景及要求
课题背景:
遥望月球时,我们会发现月面上有些黑暗色斑块,这些大面积的阴暗区就叫做月海。月海
是月球表面的主要地理单元,总面积上约占全月面的25% 。迄今已知的月海有22 个,绝大多数
月海分布在面向地球月球的正面,正面月海约占半球面积的一半;月球背面只有东海、莫斯科
海和智海共3 个,而且面积很小,占半球面积的2.5% 。月海虽叫做“海”,但徒有虚名,实际上
它滴水不含,只不过是较平坦的比周围低洼的大平原,它的表层覆盖类似地球玄武岩那样的岩
石,即月海玄武岩。
月球距离地球平均为384,401 公里,激光从地球发射到月球后再反射回地球共用时2.56 秒。
课题任务: 激光器设计
课题目的: 探测月球表面的月海
课题要求: 精度1m、表面分辨率50m、实现快速测量
二、 激光器探测光路概述
2.1 总图:探测系统总体框图
2
“光电子学”课程大作业报告
简述:系统在外设计算机产生的控制时序下同步工作,在总同步脉冲的触发下,激光器每一
秒钟发射一次激光,与此同时一个激光发射的主波启动信号使得时间测量电路开始计数。 激光
回波被探测器接收后, 经放大、阈值检波等输出激光回波脉冲,时间测量电路停止计数,再由
计算机读出计数值,并根据光速计算出到月海表面的距离值。这样一次测距完成后,计算机还
将接收数据管理系统提供数据注入,完成月海相关位置扫描的状态参数监测和控制任务。
2.2 激光发射:激光器光学系统图
简述:激光发射主要由激光器和激光扩束器组成。结合《光电子学》课程,我们的激光器采
用Nd:YAG 主动电光调Q 激光器,并以高斯光束为激光载体。为减少发射光束的发散角,以及
有效控制高斯光束的束腰,系统选取激光光束扩束准直技术。为解决发射激光能量过强,激光
扩束镜采用伽利略式的球面透镜系统,使得激光在镜筒内具有没有会聚点,可以有效防止激光
损伤;系统无中心挡光,不损失发射的激光能量;光路短,且结构简洁等特点。
2.3 大气传输:激光在大气传输特性图
简述:大气层对波长为λ的光束的损耗系数和折射系数都是观察点到地球表面距离r 的函数,
并随着r 的增大而线性减小。因此,大气介质损耗系数以及折射系数分布的递减,导致激光在大
气层的传输发生偏折。
2.4 光接收:光接收光学系统图接收电路图
3
“光电子学”课程大作业报告
简述:接收系统主要由接收望远镜和激光回波接收电路组成. 接收望远镜用于将目标反射回
来的激光能量高效率地会聚到探测器光敏面(雪崩二极管)上;激光探测电路由雪崩二极管探
测器、信号处理电路、脉冲形成电路、峰值检测电路和偏压调整电路组成, 将收集到的光信号转
换为电信号, 并进行处理后得到测量距离数据。
由于月球探测距离较远,为了收集到更多的回波
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