光學(xué)雷達用大功率LED脈沖準(zhǔn)直光源設(shè)計.pdf

1、激光雷達是以激光為發(fā)射信號的主動式現(xiàn)代光學(xué)遙感設(shè)備，具有高時空分辨率和連續(xù)探測能力，被廣泛應(yīng)用于大氣環(huán)境監(jiān)測領(lǐng)域。但是受激光波長的限制，影響了其在氣溶膠探測領(lǐng)域的應(yīng)用。LED作為大氣探測雷達的光源比起激光光源有許多優(yōu)勢。利用其波長豐富的特點，可以在特定波長上對氣溶膠的光學(xué)特性進行探測并使粒譜分布測量得以實現(xiàn)。此外，用LED作為雷達的發(fā)射光源可以實現(xiàn)探測雷達的小型化和低成本化。
　　本文設(shè)計一種基于大功率LED的光學(xué)雷達用脈沖準(zhǔn)直光

2、源，論文從光學(xué)雷達的探測機理和LED的主要特性出發(fā)，主要解決LED光源能量聚集、光束質(zhì)量和光脈沖調(diào)制這三方面問題。
　　本文首先采用能量壓縮技術(shù)設(shè)計納秒脈沖電路，利用雪崩晶體管的雪崩效應(yīng)和雪崩電容放電來產(chǎn)生高電壓窄脈沖信號，并且根據(jù)對LED伏安特性和熱學(xué)特性的分析，設(shè)計恒流式驅(qū)動電路，保證大功率LED穩(wěn)定發(fā)光。
　　其次，分析了LED光源模型，針對LED單顆能量不足的缺點，設(shè)計由7顆大功率LED構(gòu)成的陣列式組合光源頭，以解決

3、系統(tǒng)大功率輸出的問題。同時使用光學(xué)設(shè)計軟件Zemax為LED設(shè)計二次配光器件—TIR準(zhǔn)直器，以壓縮LED芯片的出光發(fā)散角和簡化后期光路設(shè)計。
　　再次，針對LED陣列光源面積較大的問題，采用透鏡組與導(dǎo)光棒相結(jié)合的方法完成準(zhǔn)直系統(tǒng)的設(shè)計。使用光學(xué)設(shè)計軟件Zemax對整個準(zhǔn)直系統(tǒng)進行優(yōu)化設(shè)計與模擬仿真，結(jié)果表明該系統(tǒng)符合雷達要求，證明了該系統(tǒng)設(shè)計的合理性。
　　最后，基于系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計結(jié)果，使用脈沖信號驅(qū)動大功率LED陣列，進行