微透镜耦合系统提升全光纤拉曼激光雷达效率研究

"全光纤拉曼激光雷达的微透镜耦合系统研究" 本文主要探讨了全光纤拉曼激光雷达系统中望远镜接收后向散射光场与单模光纤的耦合效率问题，这是影响整个系统性能的关键因素。文章首先分析了自由空间平面光场与单模光纤耦合的数学模型，特别强调了同轴激光雷达接收望远镜中心遮挡对最佳耦合效率的显著影响。通过对不同遮挡率下的横向偏移、倾斜角度和离焦误差等因素进行数值模拟，揭示了这些安装误差如何降低耦合效率。 接下来，作者利用Zemax软件进行了光学系统的设计和优化，通过引入合适的透镜和微透镜，调整系统结构参数，成功地将卡塞格林望远镜在遮挡率为0.288时的耦合效率从17%提升到了50%。这表明微透镜的应用对于改善耦合效率有显著效果。 为了进一步提高光信号耦合能量，文章提出了两种微透镜阵列与单模光纤阵列的结构方案。实验结果证明，这种新型的微透镜阵列耦合系统能有效提高拉曼激光雷达的耦合效率和能量，从而提升了系统的探测能力和稳定性。 本文的研究集中在大气光学领域，特别是望远镜耦合系统的优化设计。微透镜阵列和单模光纤的结合为提高激光雷达系统的性能提供了一种创新方法，这对于远程感测、环境监测以及气象学等领域具有重要的应用价值。文章的结论指出，通过微透镜阵列技术，可以有效地解决激光雷达在实际应用中的能量损失问题，提高系统的整体性能，对于未来激光雷达技术的发展具有积极的推动作用。