一种基于集成光学芯片的多波长激光光束光幕实现方法
技术领域
本发明涉及一种阵列式同轴高灵敏度激光相干微粒矢量捕捉装置的应用，具体为一种基于集成光学芯片的多波长激光光束光幕实现方法。
背景技术
目前基于光阻法的颗粒计数器广泛用于检测空间或液体中固体颗粒的大小，数量及速度等信息。在探测噪声恒定的前提下，光阻法探测精度主要受限于激光光学孔径在检测区域的大小和颗粒大小的比值。由于高斯光束激光在空间行进中是发散的，所以原理上限制了光阻法在中远距离上的高精密检测。因此，光阻法多用于近距的液体检测，在远距则多基于Mie散射原理的散射法进行测量，但Mie散射法需要在目标区域后方半球区域布置大量接受器，限制了适用场合，实际使用中也无法支持大尺度空间中远距离测量，比如>10cm距离的微粒探测。光阻法本质上只能进行单点检测，但实际情况需要在一定通过范围内测量微粒通过信息，这样需要形成光幕，即需要多对光发射器及接受器排成阵列。
目前基于光阻法的检测装置仅能提供微粒通过和不通过判断，即计数统计功能，不能提供微粒经过时的具体矢量信息和速度信息，也不能区分一族微粒经过时的单个微粒的运行轨迹。要提供上述功能，需要大大提高探测器通道数量及布置密度，捕捉微粒通过时的时间和位置信息，同时在大大提高面阵列通道数量的前提下保证单个通道的信噪比和灵敏度。
但目前基于阵列原理的光幕装置，进一步提高探测器通道数量及布置密度，同时保证信噪比和灵敏度，有两个主要问题：
1)探测精度和探测区域大小互为制约：如果需要提高探测精度，就需要限制在探测区域激光束的光学口径提高信噪比，如果需要扩大探测区域，就需要适当增大探测区域激光束的光学口径，以保证目标区域被光幕覆盖。如果需要兼顾精度和覆盖区域，就需要采用排列许多对激光发射器和接受器。但是单对激光发射器和接受器之间的间距不能过小，一方面受到反射和接受器集成度的制约，即单个发射接受器的最小物理尺寸。另一方面受到几何光学设计的制约，例如，如果需要探测0.5米处的微粒情况，为保证光束不发散，需要提供一个初始光学孔径，这时发射接受器就没能紧密排布。在上述前提下，光束和光束之间就会形成较大空隙，光束理论上在行进截面上呈2维高斯分布，在光束边缘能量大大减小，这样在同等背景噪声下，在光束和光束接合处不能保证需要的信噪比。
2)探测器阵列里的探测器之间会形成信号窜扰，造成信号基线的不稳定。当提高探测器通道数量填补信道空隙时，阵列间传感器信号互相干扰的情况就会凸现出来。在目前已知方案里，对此没有好的解决手段。
3)为有效提高探测分辨率，通常需要支持比较大的探测阵列，相干接受能有效提高接受灵敏度，但发射接受装置比较复杂，基于相干接受的大阵列技术在目前已知方案里没有好的解决手段。
发明内容
本发明要解决的技术问题克服现有的缺陷，提供一种基于集成光学芯片的多波长激光光束光幕实现方法。
为了解决上述技术问题，本发明提供了如下的技术方案：一种基于集成光学芯片的多波长激光光束光幕实现方法，包括如下步骤：步骤一：光纤式激光发射器和接受器单元选型，每个单元配置N个波长；
步骤二：利用一个整体光纤阵列模块连接二维M通道光纤式激光发射器和接受器；
步骤三：整体光纤阵列模块通过可调整的单一光学透镜组单元形成光学口径可控，从而在目标截面形成可调整的密集光幕。
作为优选，所述步骤一中N≥8。
作为优选，所述步骤二中M≥24。
作为优选，所述光纤式激光发射器和接受器为多波长相干光发射接受器。
作为优选，所述步骤三中还包括色差处理单元，所述整体光纤阵列模块通过色差处理单元后进入单一光学透镜组单元。
作为优选，所述多波长相干光发射接受器包含多路单色激光器组成的光源，光源可以是多路单色激光经过复用合光形成，也可以是量子点激光器产生的梳状光源，各波长按设计规定的间距排列。
作为优选，每个光源有独立的分光装置，部分能量反馈回接受端作为本征相干放大光源，另一路光信号经过合波后输出到反射端。
作为优选，所述二维M通道可以为8x6型通道布置或12x4型通道布置；当光芯片集成度提高后，可以支持更高解析度。
本发明有益效果：本发明的基于集成光学芯片的多波长激光光束光幕实现方法由多波长发射接受器为基本单元,通过色散器件将光路错开，形成密集光幕，消除了探测盲区。
本发明由相干式发射接受器为基本单元,当探测器形成密集光幕后，不同通道信号互相混叠，相干式发射接受器从原理上解决了探测通道间信号的串扰问题。
本方法构造了完整2维探测面。
具体实施方式
以下对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
一种基于集成光学芯片的多波长激光光束光幕实现方法，包括如下步骤：步骤一：光纤式激光发射器和接受器单元选型，每个单元配置N个波长；
步骤二：利用一个整体光纤阵列模块连接M个光纤式激光发射器和接受器；M个光纤信号在整体光纤阵列模块处排列成2维阵列。
步骤三：整体光纤阵列模块通过可调整的单一光学透镜组单元形成光学口径可控，从而在目标截面形成可调整的密集光幕。
所述步骤一中N>8。
所述步骤二中M>24。
所述光纤式激光发射器和接受器为多波长相干光发射接受器。
还包括色差处理单元，所述整体光纤阵列模块通过色差处理单元后进入单一光学透镜组单元。
所述多波长相干光发射接受器包含多路单色激光器组成的光源，光源可以是多路单色激光经过复用合光形成，也可以是量子点激光器产生的梳状光源，各波长按设计规定的间距排列。
每个光源有独立的分光装置，部分能量反馈回接受端作为本征相干放大光源，另一路光信号经过合波后输出到反射端。
本发明采用光纤式激光发射器和接受器单元，激光发射器和接受器单元采用相干接受原理，避免不同信号之间的信号串扰，每个单元配置N(N>8)个波长，同时利用一个整体光纤阵列模块连接M(M>24)个光纤式激光发射器和接受器。整体光纤阵列模块通过可调整的单一光学透镜组单元形成光学口径可控，目标截面可调整的密集光幕，可以在各种距离上支持精密探测，同时提供2维+时间探测能力。
本发明由多波长相干光发射器接受器，光纤阵列模块，色差处理单元，可调透镜组，信号处理单元组成。
多波长相干光发射接受器包含含有多路单色激光器组成的光源，光源可以是多路单色激光经过复用合光形成，也可以是量子点激光器产生的梳状光源，各波长按设计规定的间距排列。每个光源有自己独立的分光装置，部分能量反馈回接受端作为本征相干放大光源，另一路光信号经过合波后输出到反射端，本方案采用同轴光学设计原理，复用同一个收发透镜组，返回的探测光信号返回后分波后进入各自的相干混频器输出I/Q信号。本方案发射接受器的最佳实现方式是集成光学芯片，把多路光发射器和接受器集成在同一个芯片上，大大提高元器件的集成度和可靠性。
本方案单个多波长相干光发射接受器以光纤方式输入输出，单个光纤包含N路波长信号，一个探测系统通常包含多个(M个)多波长相干光发射接受器，使得整个系统支持NxM个探测通道。
本方案包含一个色差处理单元将输出光纤的波分复用光信号以微小角度错开，达到增加光幕密度的目的。
本方案包含一个定制的光纤阵列模块，光纤阵列模块中的每个光纤连接各个多波长相干光发射接受器。光纤阵列模块中光纤按设计需要的阵列形式排列。
本方案包含单一的可调透镜组。透镜组收发复用，可以调节阵列光源中单个光源在目标截面上的聚焦程度，从而达到调整光学截面疏密程度的要求。
本方案包含信号处理单元处理NxM路探测器的I/Q信号，从而得到微粒通过时的时间和位置信息。
本方案发射接受器的最佳实现方式是集成光学芯片，把多路光发射器和接受器集成在同一个芯片上，大大提高元器件的集成度和可靠性。
以上为本发明较佳的实施方式，本发明所属领域的技术人员还能够对上述实施方式进行变更和修改，因此，本发明并不局限于上述的具体实施方式，凡是本领域技术人员在本发明的基础上所作的任何显而易见的改进、替换或变型均属于本发明的保护范围。
