CN116840854B - 一种用于气溶胶探测的单光子激光雷达光学*** - Google Patents
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Abstract
本申请实施例提供一种用于气溶胶探测的单光子激光雷达光学***，涉及激光雷达技术领域，包括发射装置和接收装置；发射装置包括第一壳体、第一发射透镜组、第二发射透镜组和激光发射组件，第一壳体形成有第一容纳腔，第一发射透镜组和第二发射透镜组设置于第一容纳腔内；第一发射透镜组的中心和第二发射透镜组的中心沿第一激光束的传输路径设置；第一发射透镜组被配置为将第一激光束准直进入至第二发射透镜组，第二发射透镜组被配置为将第一发射透镜组准直进入的第一激光束扩束至待检测目标；接收装置包括第二壳体和接收透镜组，第二壳体形成有第二容纳腔，接收透镜组设置于第二容纳腔内，接收透镜组被配置为接收待检测目标反射的第二激光束。
Description
技术领域
本申请涉及激光雷达技术领域，尤其涉及一种用于气溶胶探测的单光子激光雷达光学***。
背景技术
激光雷达技术是一种主动探测技术，已广泛应用于环境监测、卫星测距、军事与国防等领域，可以快速精确的获取目标三维空间信息。气溶胶在大气变换、气候变化和人类健康等方面扮演着重要角色，常用激光雷达作为主动遥感测量工具对其进行探测。其中，单光子探测激光雷达具有探测灵敏度高、响应速度快、测量精度高等优点，是国内外气溶胶探测激光雷达的主要发展趋势之一。
在单光子探测激光雷达中，光学***是其重要组成部分之一，包括发射望远镜装置和接收望远镜装置，它们将直接决定着整个单光子探测雷达***的性能。其中，发射望远镜装置将准直扩束整形之后的激光光源发射到大气中，通过大气时激光光源将与大气中的分子及气溶胶等物质相互作用，接收望远镜装置将接收到携带有相关信息的大气散射回波信号，将信号传输给单光子探测器以进行后续的处理分析。
然而，现有的接收望远镜装置和发射望远镜装置采用同一装置，容易造成激光信号的相互干扰。
发明内容
本申请实施例提供了一种用于气溶胶探测的单光子激光雷达光学***，以解决相关技术中激光信号的相互干扰问题。
本申请实施例提供一种用于气溶胶探测的单光子激光雷达光学***，包括：发射装置和接收装置；
发射装置包括第一壳体、第一发射透镜组、第二发射透镜组和激光发射组件，第一壳体形成有第一容纳腔，第一发射透镜组和第二发射透镜组设置于第一容纳腔内；
激光发射组件和第一容纳腔的输入端连接，激光发射组件被配置为向第一发射透镜组的入光面发射第一激光束，第一发射透镜组的中心和第二发射透镜组的中心沿第一激光束的传输路径设置；第一发射透镜组被配置为将第一激光束准直进入至第二发射透镜组，第二发射透镜组被配置为将第一发射透镜组准直进入的第一激光束扩束至待检测目标；
接收装置包括第二壳体和接收透镜组，第二壳体形成有第二容纳腔，接收透镜组设置于第二容纳腔内，接收透镜组被配置为接收待检测目标反射的第二激光束；其中，第一激光束的中轴线和第二激光束的中轴线并列设置；第一壳体和第二壳体并列设置。
在一种可行的实现方式中，第一发射透镜组至少具有准直面，准直面被配置为将第一激光束往靠近第一激光束中轴线的方向汇聚；
第二发射透镜组至少具有散射面，散射面被配置为将第一激光束往远离第一激光束中轴线的方向发散。
在一种可行的实现方式中，第一发射透镜组包括第一发射透镜，第二发射透镜组包括第二发射透镜、第三发射透镜、第四发射透镜和第五发射透镜；第一发射透镜的中心、第二发射透镜的中心、第三发射透镜的中心、第四发射透镜的中心和第五发射透镜的中心沿第一激光束的传输方向依次设置；
第一发射透镜的入光面设置为与第一激光束的传输方向相互垂直的面，第一发射透镜的出光面与第一发射透镜的入光面之间的距离自两端至中间的方向上逐渐减小；
第二发射透镜的入光面设置为与第一激光束的传输方向相互垂直的面，第二发射透镜的出光面与第二发射透镜的入光面之间的距离自两端至中间的方向上逐渐减小；
第三发射透镜的入光面与第二发射透镜的入光面之间的距离自两端至中间的方向上逐渐减小，第三发射透镜的出光面与第三发射透镜的入光面对应设置；
第四发射透镜的入光面与第二发射透镜的入光面之间的距离自两端至中间的方向上逐渐增大，第四发射透镜的出光面与第四发射透镜的入光面对应设置；
第五发射透镜的入光面与第二发射透镜的入光面之间的距离自两端至中间的方向上逐渐减小，第五发射透镜的出光面与第二发射透镜的入光面之间的距离自两端至中间的方向上逐渐增大。
在一种可行的实现方式中，第一发射透镜出光面曲率半径设置为-11.168mm至-10.168mm；第二发射透镜入光面曲率半径设置为-14.271mm至-13.271mm，第二发射透镜出光面曲率半径设置为5.560mm至6.560mm；第三发射透镜入光面曲率半径设置为46.183mm至47.183mm，第三发射透镜出光面曲率半径设置为33.293mm至34.293mm；第四发射透镜入光面曲率半径设置为-193.657mm至-192.657mm，第四发射透镜出光面曲率半径设置为-78.827mm至-77.827mm；第五发射透镜入光面曲率半径设置为241.521mm至242.521mm，第五发射透镜出光面曲率半径设置为-218.176mm至-217.176mm；
第一发射透镜的中心厚度为1.678mm至2.678mm；第二发射透镜的中心厚度为3.500mm至4.500mm；第三发射透镜的中心厚度为2.500mm至3.500mm；第四发射透镜的中心厚度为8.400mm至9.400mm；第五发射透镜的中心厚度为8.500mm至9.500mm；
第一发射透镜的中心至第二发射透镜的中心之间的水平距离为2.500mm至3.500mm；第二发射透镜的中心至第三发射透镜的中心之间的水平距离为32.760mm至33.760mm；第三发射透镜的中心至第四发射透镜的中心之间的水平距离为82.668mm至83.668mm；第四发射透镜的中心至第五发射透镜的中心之间的水平距离为20.874mm至21.874mm；
第一发射透镜的折射率为1.0864至2.0864，第一发射透镜的阿贝数为60.214至61.214；
第二发射透镜、第三发射透镜、第四发射透镜和第五发射透镜的折射率均为0.9505至1.9505；
第二发射透镜、第三发射透镜、第四发射透镜和第五发射透镜的阿贝数均为67.321至68.321。
在一种可行的实现方式中，第一壳体包括第一筒体和第二筒体，第一筒体形成有第一空间，第三发射透镜、第四发射透镜和第五发射透镜设置于第一空间内；
第二筒体形成有第二空间，第一容纳腔包括第一空间和第二空间，第一发射透镜和第二发射透镜设置于第二空间内；第二筒体的部分伸入至第一空间内，第二筒体能够沿第一激光束的传输方向相对于第一筒体往复移动，以调节第二发射透镜和第三发射透镜之间的焦距。
在一种可行的实现方式中，第一壳体还包括第三筒体，第三筒体的一侧套设于第二筒体的外侧壁且固定于第一筒体，第三筒体的另一侧套设于第一筒体的外侧壁，且第三筒体设置有和第一筒体相互对应的螺栓孔，紧固螺栓能够穿过螺栓孔将第三筒体可拆卸的固定于第一筒体的外侧壁。
在一种可行的实现方式中，第一空间内设置有第一隔圈和第二隔圈，第一隔圈和第二隔圈套设于第一空间内，第一隔圈的一端抵靠于第三发射透镜的一端，第三发射透镜的另一端抵靠于第一空间的一个端壁；
第一隔圈的另一端抵靠于第四发射透镜的一端，第二隔圈的一端抵靠于第四发射透镜的另一端，第二隔圈的另一端抵靠于第五发射透镜的一端，第五发射透镜的另一端抵靠于第一空间的另一端壁。
在一种可行的实现方式中，接收透镜组至少包括汇聚面，汇聚面被配置为将第二激光束往靠近第二激光束中轴线的方向汇聚。
在一种可行的实现方式中，接收透镜组包括第一接收透镜、第二接收透镜和第三接收透镜，第一接收透镜的中心、第二接收透镜的中心和第三接收透镜的中心沿第二激光束的传输方向依次设置；
第三接收透镜的出光面设置为与第二激光束的传输方向相互垂直的面，第三发射透镜的入光面与第三接收透镜的出光面之间的距离自两端至中间的方向上逐渐减小；
第二接收透镜的出光面与第三接收透镜的出光面之间的距离自两端至中间的方向上逐渐增大，第二接收透镜的入光面与第二接收透镜的出光面对应设置；
第一接收透镜的出光面与第三接收透镜的出光面之间的距离自两端至中间的方向上逐渐减小，第一接收透镜的入光面与第三接收透镜的出光面之间的距离自两端至中间的方向上逐渐增大。
在一种可行的实现方式中，第一接收透镜的入光面曲率半径设置为203.716mm至204.716mm，第一接收透镜的出光面曲率半径设置为-415.765mm至-416.765mm；第二接收透镜的入光面曲率半径设置为117.014mm至118.514mm，第二接收透镜的出光面曲率半径设置为411.586mm至412.586mm；第三接收透镜的入光面曲率半径设置为-143.624mm至-142.624mm，第三接收透镜的出光面曲率半径设置为325.627mm至326.127mm；
第一接收透镜的中心厚度为12.500mm至13.500mm；第二接收透镜的中心厚度为12.160mm至13.160mm；第三接收透镜的中心厚度为8.970mm至9.970mm；
第一接收透镜的中心至第二接收透镜的中心之间的水平距离为34.565mm至35.565mm；第二接收透镜的中心至第三接收透镜的中心之间的水平距离为64.849mm至65.849mm；
第一接收透镜、第二接收透镜和第三接收透镜的折射率均为0.958mm至1.958mm；
第一接收透镜、第二接收透镜和第三接收透镜的阿贝数均为67.321mm至68.321mm。
在一种可行的实现方式中，第二壳体包括第四筒体和第五筒体；
第四筒体形成第三空间，第一接收透镜、第二接收透镜和第三接收透镜设置于第三空间的一侧；
第五筒体的一端连接有出射光纤，出射光纤被配置为接收第三接收透镜的出光面发射的第二激光束，第五筒体的另一端伸入至第三空间的另一侧，且第五筒体能够沿第二激光束的传输方向相对于第四筒体往复移动，以调节第三接收透镜的焦距。
在一种可行的实现方式中，第三空间内设置有第三隔圈和第四隔圈，第三隔圈和第四隔圈套设于第三空间内，第三隔圈的一端抵靠于第一接收透镜的一端，第一接收透镜的另一端抵靠于第三空间的一个端壁；
第三隔圈的另一端抵靠于第二接收透镜的一端，第四隔圈的一端抵靠于第二接收透镜的另一端，第四隔圈的另一端抵靠于第三接收透镜的一端，第三接收透镜的一端抵靠于第三空间的另一端壁。
本申请实施例提供了一种用于气溶胶探测的单光子激光雷达光学***，通过发射装置的设置，能够将激光发射组件发射的激光束经由第一发射透镜组准直后，再经由第二发射透镜组进行扩束后发射至待检测目标；本申请实施例通过接收装置的设置，能够接收待检测目标反射的第二激光束，以根据第二激光束判断待检测目标的三维空间信息。本申请实施例中，第一激光束经由发射装置发出，第二激光束经由接收装置接收，由于第一壳体和第二壳体并列设置，以及第一激光束和第二激光束的中轴线并列设置，使得第一激光束和第二激光束经由两个独立的光学***，避免了在光学***内激光信号之间的相互干扰，提高了激光雷达光学***检测的精确性。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本发明的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1是本申请一实施例提供的一种用于气溶胶探测的单光子激光雷达光学***的结构示意图；
图2是图1中的侧视图；
图3是图1中发射装置的剖视图；
图4是图1中发射装置的光学图；
图5是图1中接收装置的剖视图；
图6是图1中接收装置的光学图；
图7是图1中发射装置的波像差模拟图；
图8是图1中接收装置的像差曲线图一；
图9是图1中接收装置的像差曲线图二；
图10是图1中接收装置的像差曲线图三；
图11是图1中接收装置的点列图一；
图12是图1中接收装置的点列图二；
图13是图1中接收装置的点列图三；
图14是图1中接收装置的衍射能量分布图；
图15是本申请实施例提供的一种用于气溶胶探测的单光子激光雷达光学***中回波光子数量的分布趋势图一；
图16是本申请实施例提供的一种用于气溶胶探测的单光子激光雷达光学***中回波光子数量的分布趋势图二。
附图标记说明：
100-发射装置；200-接收装置；
110-第一壳体；111-第一筒体；111a-第一空间；111b-第一隔圈；111c-第二隔圈；112-第二筒体；112a-第二空间；113-第三筒体；120-第一发射透镜组；121-第一发射透镜；130-第二发射透镜组；131-第二发射透镜；132-第三发射透镜；133-第四发射透镜；134-第五发射透镜；
210-第二壳体；211-第四筒体；211a-第三空间；211b-第三隔圈；211c-第四隔圈；212-第五筒体；220-接收透镜组；221-第一接收透镜；222-第二接收透镜；223-第三接收透镜。
实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本申请中的技术方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本申请保护的范围。
激光雷达技术是一种主动探测技术，已广泛应用于环境监测、卫星测距、军事与国防等领域，可以快速精确的获取目标三维空间信息。气溶胶在大气变换、气候变化和人类健康等方面扮演着重要角色，常用激光雷达作为主动遥感测量工具对其进行探测。其中，单光子探测激光雷达具有探测灵敏度高、响应速度快、测量精度高等优点，是国内外气溶胶探测激光雷达的主要发展趋势之一。
在单光子探测激光雷达中，光学***是其重要组成部分之一，包括发射望远镜装置和接收望远镜装置，它们将直接决定着整个单光子探测雷达***的性能。其中，发射望远镜装置被配置为向外部环境发生激光束，接收望远镜装置被配置为接收发射装置发射至外部环境的激光束。
然而，现有的接收望远镜装置和发射望远镜装置采用同一装置，即接收望远镜装置和发射望远镜装置均采用同一套光学***接收激光信号以及发射激光信号，发射的激光信号和接收的激光信号之间容易造成相互干扰，从而影响激光雷达光学***的精确度。
鉴于单光子激光雷达***在气溶胶检测方面的需求，设计了一种用于气溶胶探测的单光子激光雷达光学***，该光学***采用收发分置且离轴的结构。其优点是可以解决收发一体光学***中的信号串扰问题。
图1是本申请一实施例提供的一种用于气溶胶探测的单光子激光雷达光学***的结构示意图；图2是图1中的侧视图；图3是图1中发射装置的剖视图；图4是图1中发射装置的光学图；图5是图1中接收装置的剖视图；图6是图1中接收装置的光学图。
本申请实施例提供了一种用于气溶胶探测的单光子激光雷达光学***，参照图1至图5，包括：发射装置100和接收装置200；
发射装置100包括第一壳体110、第一发射透镜组120、第二发射透镜组130和激光发射组件，第一壳体110形成有第一容纳腔，第一发射透镜组120和第二发射透镜组130设置于第一容纳腔内；
激光发射组件和第一容纳腔的输入端连接，激光发射组件被配置为向第一发射透镜组120的入光面发射第一激光束，第一发射透镜组120的中心和第二发射透镜组130的中心沿第一激光束的传输路径设置；第一发射透镜组120被配置为将第一激光束准直进入至第二发射透镜组130，第二发射透镜组130被配置为将第一发射透镜组120准直进入的第一激光束扩束至待检测目标；
接收装置200包括第二壳体210和接收透镜组220，第二壳体210形成有第二容纳腔，接收透镜组220设置于第二容纳腔内，接收透镜组220被配置为接收待检测目标反射的第二激光束；其中，第一激光束的中轴线和第二激光束的中轴线并列设置；第一壳体110和第二壳体210并列设置。
例如，激光发射组件被配置为向发射装置100提供光源，例如，激光发射组件可以设置为激光器，激光器向第一发射透镜组120的入光面发射第一激光束，第一激光束依次经由第一发射透镜组120、第二发射透镜组130发射至待检测目标。
参照图1和图2，第一壳体110和第二壳体210可以通过螺栓固定于固定板，或者，第一壳体110和第二壳体210通过螺栓固定于工作台，以保证激光雷达光学***的稳定性。
需要说明的是，第一壳体110形成第一容纳腔，其中，第一容纳腔为密闭的空间，同样的，第二壳体210形成第二容纳腔，其中，第二容纳腔也设置为密闭的空间。且第一壳体110和第二壳体210为相互独立设置的两个壳体。
在实际使用过程中，激光发射组件向第一发射透镜组120的入光面发射第一激光束，第一激光束经由第一发射透镜组120准直进入至第二发射透镜组130，再经由第二发射透镜组130扩束至外部环境，第一激光束在外部环境中，经外部环境中的待检测目标反射形成第二激光束，第二激光束经由接收透镜组220进入至接收装置200，接收装置200和分析模块连接，分析模块对第二激光束进行分析以精确获取目标三维空间信息。其中，图3中箭头X1所示方向为第一激光束的传输方向，图4中箭头X2所示方向为第一激光束的传输方向。图5中Y1所示方向为第二激光束的传输方向，图6中Y2所示方向为第二激光束的传输方向。
从上述描述中，可以看出本方案实现了如下技术效果：
本申请实施例提供了一种用于气溶胶探测的单光子激光雷达光学***，通过发射装置100的设置，能够将激光发射组件发射的激光束经由第一发射透镜组120准直后，再经由第二发射透镜组130进行扩束后发射至待检测目标；本申请实施例通过接收装置200的设置，能够接收待检测目标反射的第二激光束，以根据第二激光束判断待检测目标的三维空间信息。本申请实施例中，第一激光束经由发射装置100发出，第二激光束经由接收装置200接收，由于第一壳体110和第二壳体210并列设置，以及第一激光束和第二激光束的中轴线并列设置，使得第一激光束和第二激光束经由两个独立的光学***，避免了在光学***内激光信号之间的相互干扰，提高了激光雷达光学***检测的精确性。
在一些示例中，第一发射透镜组120至少具有准直面，准直面被配置为将第一激光束往靠近第一激光束中轴线的方向汇聚；
第二发射透镜组130至少具有散射面，散射面被配置为将第一激光束往远离第一激光束中轴线的方向发散。
本申请实施例通过第一发射透镜组120的设置，且第一发射透镜组120至少具有准直面，能够将第一激光束往靠近第一激光束的中轴线方向汇聚，以将第一激光束准直进入第二发射透镜131。进一步的，本申请实施例通过将第二发射透镜组130至少具有散射面，使第一激光束能够往远离第一激光束中轴线的方向发射，从而将第一激光束扩束至待测目标。
进一步的，第一发射透镜组120包括第一发射透镜121，第二发射透镜组130包括第二发射透镜131、第三发射透镜132、第四发射透镜133和第五发射透镜134；第一发射透镜121的中心、第二发射透镜131的中心、第三发射透镜132的中心、第四发射透镜133的中心和第五发射透镜134的中心沿第一激光束的传输方向依次设置；
第一发射透镜121的入光面设置为与第一激光束的传输方向相互垂直的面，第一发射透镜121的出光面与第一发射透镜121的入光面之间的距离自两端至中间的方向上逐渐减小；
第二发射透镜131的入光面设置为与第一激光束的传输方向相互垂直的面，第二发射透镜131的出光面与第二发射透镜131的入光面之间的距离自两端至中间的方向上逐渐减小；
第三发射透镜132的入光面与第二发射透镜131的入光面之间的距离自两端至中间的方向上逐渐减小，第三发射透镜132的出光面与第三发射透镜132的入光面对应设置；
第四发射透镜133的入光面与第二发射透镜131的入光面之间的距离自两端至中间的方向上逐渐增大，第四发射透镜133的出光面与第四发射透镜133的入光面对应设置；
第五发射透镜134的入光面与第二发射透镜131的入光面之间的距离自两端至中间的方向上逐渐减小，第五发射透镜134的出光面与第二发射透镜131的入光面之间的距离自两端至中间的方向上逐渐增大。
示例性的，第一发射透镜121设置为非球面透镜，第二发射透镜131至第五发射透镜134设置为球面透镜。
本申请实施例通过第一透镜至第五透镜的设置，能够将激光发射组件发射的第一激光束进行准直后，扩束至外部环境的待检测目标。
例如，第一发射透镜121出光面曲率半径设置为-11.168mm至-10.168mm；第二发射透镜131入光面曲率半径设置为-14.271mm至-13.271mm，第二发射透镜131出光面曲率半径设置为5.560mm至6.560mm；第三发射透镜132入光面曲率半径设置为46.183mm至47.183mm，第三发射透镜132出光面曲率半径设置为33.293mm至34.293mm；第四发射透镜133入光面曲率半径设置为-193.657mm至-192.657mm，第四发射透镜133出光面曲率半径设置为-78.827mm至-77.827mm；第五发射透镜134入光面曲率半径设置为241.521mm至242.521mm，第五发射透镜134出光面曲率半径设置为-218.176mm至-217.176mm；
第一发射透镜121的中心厚度为1.678mm至2.678mm；第二发射透镜131的中心厚度为3.500mm至4.500mm；第三发射透镜132的中心厚度为2.500mm至3.500mm；第四发射透镜133的中心厚度为8.400mm至9.400mm；第五发射透镜134的中心厚度为8.500mm至9.500mm；
第一发射透镜121的中心至第二发射透镜131的中心之间的水平距离为2.500mm至3.500mm；第二发射透镜131的中心至第三发射透镜132的中心之间的水平距离为32.760mm至33.760mm；第三发射透镜132的中心至第四发射透镜133的中心之间的水平距离为82.668mm至83.668mm；第四发射透镜133的中心至第五发射透镜134的中心之间的水平距离为20.874mm至21.874mm；
第一发射透镜121的折射率为1.0864至2.0864，第一发射透镜121的阿贝数为60.214至61.214；
第二发射透镜131、第三发射透镜132、第四发射透镜133和第五发射透镜134的折射率均为0.9505至1.9505；
第二发射透镜131、第三发射透镜132、第四发射透镜133和第五发射透镜134的阿贝数均为67.321至68.321。
对第一发射透镜121至第五发射透镜134的参数进行设计，第一发射透镜121出光面曲率半径设置为-10.668mm；第二发射透镜131入光面曲率半径设置为-13.771mm，第二发射透镜131出光面曲率半径设置为6.060mm；第三发射透镜132入光面曲率半径设置为46.683mm，第三发射透镜132出光面曲率半径设置为33.793mm；第四发射透镜133入光面曲率半径设置为-193.157mm，第四发射透镜133出光面曲率半径设置为-78.327mm；第五发射透镜134入光面曲率半径设置为242.021mm，第五发射透镜134出光面曲率半径设置为-217.676mm；
第一发射透镜121的中心厚度为2.178mm；第二发射透镜131的中心厚度为4.000mm；第三发射透镜132的中心厚度为3.000mm；第四发射透镜133的中心厚度为8.900mm；第五发射透镜134的中心厚度为9.000mm；
第一发射透镜121的中心至第二发射透镜131的中心之间的水平距离为3.000mm；第二发射透镜131的中心至第三发射透镜132的中心之间的水平距离为33.260mm；第三发射透镜132的中心至第四发射透镜133的中心之间的水平距离为83.168mm；第四发射透镜133的中心至第五发射透镜134的中心之间的水平距离为21.374mm；
第一发射透镜121的折射率为1.5864，第一发射透镜121的阿贝数为60.714；
第二发射透镜131、第三发射透镜132、第四发射透镜133和第五发射透镜134的折射率均为1.4585；
第二发射透镜131、第三发射透镜132、第四发射透镜133和第五发射透镜134的阿贝数均为67.821。
第一发射透镜121至第五发射透镜134的其他参数特征设计表1所示，
表1 发射装置的结构参数
| 类型 | 半径(mm) | 厚度(mm) | 材质 | 表面半高(mm) | 圆锥曲线 | |
| OBJ | Standard | Infinity | 17.401 | - | 0.000 | 0 |
| 1 | Standard | Infinity | 2.178 | D-ZK3M | 3.250 | 0 |
| 2 | Even Asphere | -10.668 | 3.000 | - | 3.250 | -0.686 |
| 3 | Standard | -13.771 | 4.000 | SILICA | 3.000 | 0 |
| 4 | Standard | 6.060 | 33.260 | - | 4.000 | 0 |
| 5 | Standard | 46.683 | 3.000 | SILICA | 11.000 | 0 |
| 6 | Standard | 33.793 | 83.168 | - | 11.000 | 0 |
| 7 | Standard | -193.157 | 8.900 | SILICA | 32.500 | 0 |
| 8 | Standard | -78.327 | 21.374 | - | 32.500 | 0 |
| 9 | Standard | 242.021 | 9.000 | SILICA | 37.000 | 0 |
| 10 | Standard | -217.676 | 1.000 | - | 37.000 | 0 |
| 11 | Standard | Infinity | 99.000 | - | 37.000 | 0 |
| 12 | Paraxial | - | 100.000 | - | 37.000 | - |
| IMA | Standard | Infinity | - | - | 2.082E-008 | 0 |
需要说明的是，在表1中，在Zemax（Zemax为光学产品设计与仿真软件）中，OBJ 通常指代 "Object"（对象）的缩写，表示光学***中的物体或场景。OBJ 可以用于模拟实际的物体、光源或图像等。通过添加 OBJ 对象并定义其属性和参数，可以在光学设计中模拟光线的传播、相互作用和成像效果。
在Zemax中，IMA是指“Image Surface”，即图像面。IMA是用于光学***设计和模拟的参数之一。在光学***中，IMA用于表示最终成像的位置，也就是光学***中形成的像所在的平面。
1和2分别表示第一发射透镜121的入光面和出光面，3和4分别表示第二发射透镜131的入光面和出光面，5和6分别表示第三发射透镜132的入光面和出光面，7和8分别表示第四发射透镜133的入光面和出光面，9和10分别表示第五发射透镜134的入光面和出光面，11和12分别表示虚拟光学面的入光面和出光面。
图7是图1中发射装置的波像差模拟图。
将上述参数输入至Zemax中，进行模拟仿真，得出图7，图7中A为发射装置的波像差模拟图。可以仿真得出全视场的波前差均方根为0.0000λ（λ=632.8 nm），满足单光子探测激光雷达***使用要求，表明经发射望远镜光学***之后得到的光线近乎平行光。
示例性的，第一壳体110包括第一筒体111和第二筒体112，第一筒体111形成有第一空间111a，第三发射透镜132、第四发射透镜133和第五发射透镜134设置于第一空间111a内；
第二筒体112形成有第二空间112a，第一容纳腔包括第一空间111a和第二空间112a，第一发射透镜121和第二发射透镜131设置于第二空间112a内；第二筒体112的部分伸入至第一空间111a内，第二筒体112能够沿第一激光束的传输方向相对于第一筒体111往复移动，以调节第二发射透镜131和第三发射透镜132之间的焦距。
本申请实施例通过将第一发射透镜121和第二发射透镜131设置于第二空间112a内，将第三发射透镜132、第四发射透镜133和第五发射透镜134设置于第一空间111a内，且使第二筒体112能够沿第一激光束的传输方向相对于第一筒体111往复移动，从而能够调节第二发射透镜131和第三发射透镜132之间的焦距。
进一步的，第一壳体110还包括第三筒体113，第三筒体113的一侧套设于第二筒体112的外侧壁且固定于第一筒体111，第三筒体113的另一侧套设于第一筒体111的外侧壁，且第三筒体113设置有和第一筒体111相互对应的螺栓孔，紧固螺栓能够穿过螺栓孔将第三筒体113可拆卸的固定于第一筒体111的外侧壁。
本申请实施例通过紧固螺栓和螺栓孔相互配合，能够使得紧固螺栓穿过螺栓孔，以将第三筒体113可拆卸的固定于第一筒体111的外侧壁，从而提高发射装置100的稳定性。
在一些示例中，第一空间111a内设置有第一隔圈111b和第二隔圈111c，第一隔圈111b和第二隔圈111c套设于第一空间111a内，第一隔圈111b的一端抵靠于第三发射透镜132的一端，第三发射透镜132的另一端抵靠于第一空间111a的一个端壁；
第一隔圈111b的另一端抵靠于第四发射透镜133的一端，第二隔圈111c的一端抵靠于第四发射透镜133的另一端，第二隔圈111c的另一端抵靠于第五发射透镜134的一端，第五发射透镜134的另一端抵靠于第一空间111a的另一端壁。
需要说明的是，第二空间112a内壁设置有环形的第一凹槽和环形的第二凹槽，第一发射透镜121和第二发射透镜131分布设置于第一凹槽和第二凹槽内。
本申请实施例通过第一隔圈111b和第一空间111a的端壁相互配合，能够对第三发射透镜132起到限位作用，通过第一隔圈111b和第二隔圈111c相互配合，能够对第四发射透镜133起到限位作用，通过第二隔圈111c和第一空间111a的另一端壁相互配合，能够对第五发射透镜134起到限位作用。
在另外的一些实现方式中，对接收装置200的具体设置进行说明：
其中，接收透镜组220至少包括汇聚面，汇聚面被配置为将第二激光束往靠近第二激光束中轴线的方向汇聚。
本申请实施例通过使接收透镜组220至少包括汇聚面，能够将待测目标反射的第二激光束往远离第二激光束中轴线的方向汇聚，以使外部环境中的第二激光束经由输出光纤输出至检测元件。
在一些示例中，接收透镜组220包括第一接收透镜221、第二接收透镜222和第三接收透镜223，第一接收透镜221的中心、第二接收透镜222的中心和第三接收透镜223的中心沿第二激光束的传输方向依次设置；
第三接收透镜223的出光面设置为与第二激光束的传输方向相互垂直的面，第三发射透镜132的入光面与第三接收透镜223的出光面之间的距离自两端至中间的方向上逐渐减小；
第二接收透镜222的出光面与第三接收透镜223的出光面之间的距离自两端至中间的方向上逐渐增大，第二接收透镜222的入光面与第二接收透镜222的出光面对应设置；
第一接收透镜221的出光面与第三接收透镜223的出光面之间的距离自两端至中间的方向上逐渐减小，第一接收透镜221的入光面与第三接收透镜223的出光面之间的距离自两端至中间的方向上逐渐增大。
例如，第一接收透镜221、第二接收透镜222和第三接收透镜223可以选择具有较小热膨胀系数的熔融石英玻璃F_Silica，且第一接收透镜221、第二接收透镜222和第三接收透镜223均设置为球面透镜。
例如，第一接收透镜221的入光面曲率半径设置为203.716mm至204.716mm，第一接收透镜221的出光面曲率半径设置为-415.765mm至-416.765mm；第二接收透镜222的入光面曲率半径设置为117.014mm至118.514mm，第二接收透镜222的出光面曲率半径设置为411.586mm至412.586mm；第三接收透镜223的入光面曲率半径设置为-143.624mm至-142.624mm，第三接收透镜223的出光面曲率半径设置为325.627mm至326.127mm；
第一接收透镜221的中心厚度为12.500mm至13.500mm；第二接收透镜222的中心厚度为12.160mm至13.160mm；第三接收透镜223的中心厚度为8.970mm至9.970mm；
第一接收透镜221的中心至第二接收透镜222的中心之间的水平距离为34.565mm至35.565mm；第二接收透镜222的中心至第三接收透镜223的中心之间的水平距离为64.849mm至65.849mm；
第一接收透镜221、第二接收透镜222和第三接收透镜223的折射率均为0.958mm至1.958mm；
第一接收透镜221、第二接收透镜222和第三接收透镜223的阿贝数均为67.321mm至68.321mm。
对第一接收透镜221、第二接收透镜222和第三接收透镜223的参数进行设计，第一接收透镜221的入光面曲率半径设置为204.216mm，第一接收透镜221的出光面曲率半径设置为-415.265mm；第二接收透镜222的入光面曲率半径设置为117.514mm，第二接收透镜222的出光面曲率半径设置为412.086mm；第三接收透镜223的入光面曲率半径设置为-143.124mm，第三接收透镜223的出光面曲率半径设置为325.127mm；
第一接收透镜221的中心厚度为13.000mm；第二接收透镜222的中心厚度为12.660mm；第三接收透镜223的中心厚度为9.470mm；
第一接收透镜221的中心至第二接收透镜222的中心之间的水平距离为35.065mm；第二接收透镜222的中心至第三接收透镜223的中心之间的水平距离为65.349mm；
第一接收透镜221、第二接收透镜222和第三接收透镜223的折射率均为1.458mm；
第一接收透镜221、第二接收透镜222和第三接收透镜223的阿贝数均为67.821mm。
第一接收透镜221、第二接收透镜222和第三接收透镜223的其他参数特征设计表2所示，
表2 接收装置的结构参数
| 类型 | 半径(mm) | 厚度(mm) | 材质 | 表面半高(mm) | 圆锥曲线 | |
| OBJ | Standard | Infinity | Infinity | - | Infinity | 0 |
| 1 | Standard | Infinity | 2.000 | - | 52.000 | 0 |
| 2 | Standard | 204.216 | 13.000 | F-SILICA | 52.000 | 0 |
| 3 | Standard | -415.265 | 35.065 | - | 52.000 | 0 |
| 4 | Standard | 117.514 | 12.660 | F-SILICA | 44.000 | 0 |
| 5 | Standard | 412.086 | 65.349 | - | 44.000 | 0 |
| 6 | Standard | -143.124 | 9.470 | F-SILICA | 24.000 | 0 |
| 7 | Standard | 326.127 | 112.457 | - | 24.000 | 0 |
| IMA | Standard | Infinity | - | - | 0.011 | 0 |
在表2中，需要说明的是，在Zemax（Zemax为光学产品设计与仿真软件）中，OBJ 通常指代 "Object"（对象）的缩写，表示光学***中的物体或场景。OBJ 可以用于模拟实际的物体、光源或图像等。通过添加 OBJ 对象并定义其属性和参数，可以在光学设计中模拟光线的传播、相互作用和成像效果。
在Zemax中，IMA是指“Image Surface”，即图像面。IMA是用于光学***设计和模拟的参数之一。在光学***中，IMA用于表示最终成像的位置，也就是光学***中形成的像所在的平面。
1和2表示第一接收透镜221的入光面和出光面，3和4表示第二接收透镜222的入光面和出光面，5和6表示第三接收透镜223的入光面和出光面，7表示虚拟光学面。
图8是图1中接收装置的像差曲线图一；图9是图1中接收装置的像差曲线图二；图10是图1中接收装置的像差曲线图三；图11是图1中接收装置的点列图一；图12是图1中接收装置的点列图二；图13是图1中接收装置的点列图三；图14是图1中接收装置的衍射能量分布图。
将上述参数输入至Zemax中，进行模拟仿真，可以得出图8至图14。
图8中曲线B1和曲线B2为在0.000mm像面对应的像差曲线，图9中曲线C1和曲线C2为在0.0070mm像面对应的像差曲线，图10中曲线D1和曲线D2为在0.0100mm像面对应的像差曲线。
图11中E为在0.000mm像面对应的点列图，图12中曲线F为在0.007mm像面对应的点列图，图13中曲线G为在0.010mm像面对应的点列图。
图14中曲线H为衍射能量分布函数图，其中衍射能量分布表示的是离主光线或者物点的象的中心距离为函数的包围圈能量占总能量的百分比。可以得到，光斑能量聚焦效果非常好，能量集中，当距离质心距离为8um时，包围部分内含有的光线的能量占据光线总能量的90%。
从图8至图14中可以看出，在0，0.007，0.01三个视场下对应的接收望远镜光学***的半视场（像高）0 mm、0.007 mm和0.010 mm对应的点列图均方根半径非常小，接近衍射极限，对应的艾里斑为5.236 μm，满足小于接收多模光纤芯径50um的设计要求；另外使用操作数ISNA查看NA值，为0.181，满足小于接收多模光纤数值孔径0.22的设计要求。也就是说，接收装置200的像差较小，成像性能较好。
需要说明的是，RMS半径是径向尺寸的均方根，它代表光线弥散的粗略概念，GEO半径是距离参考点最远的光线信息。
本申请实施例所提供的一种用于气溶胶探测的单光子激光雷达光学***，接收望远镜光学***的点列图均方根半径都比较小，接近衍射极限，对应的艾里斑半径为5.236 μm，表明对应的接收望远镜光学***像差较小，成像性能良好。发射端望远镜光学***的波像差RMS为0.0000λ（λ=632.8 nm），表明经发射望远镜光学***之后得到的光线近乎平行光。望远镜接收端的机械结构设计中，固定接收光纤的部位使用了一个二维平移调整架，可以更加精准的匹配光纤端口与会聚光斑的位置。
图15是本申请实施例提供的一种用于气溶胶探测的单光子激光雷达光学***中回波光子数量的分布趋势图一；图16是本申请实施例提供的一种用于气溶胶探测的单光子激光雷达光学***中回波光子数量的分布趋势图二。
基于此设计结果，按照机械结构来对光学元件进行固定并封装为完整的发射和接收光学***，并搭建一整套激光雷达样机，通过实验验证***能探测到的气溶胶距离可达7km，对应的回波光子数的信噪比均大于1：1，且该***工作稳定可靠，结果图如图15和图16所示。横轴表示数据长度，纵轴表示收集的光子数。图15中曲线M和图16中曲线N分别表示两个光子数分布趋势图，由于输入到单光子探测器的回波信号被划分为两个通道。在水平轴线240坐标处的相应距离是大约7km。
示例性的，第二壳体210包括第四筒体211和第五筒体212；
第四筒体211形成第三空间211a，第一接收透镜221、第二接收透镜222和第三接收透镜223设置于第三空间211a的一侧；
第五筒体212的一端连接有出射光纤，出射光纤被配置为接收第三接收透镜223的出光面发射的第二激光束，第五筒体212的另一端伸入至第三空间211a的另一侧，且第五筒体212能够沿第二激光束的传输方向相对于第四筒体211往复移动，以调节第三接收透镜223的焦距。
本申请实施例通过第四筒体211形成第三空间211a，并将第一接收透镜221、第二接收透镜222和第三接收透镜223设置于第三空间211a的一侧，并将第五筒体212的一端连接有传感光纤，且第五筒体212能够沿第二激光束的传输方向相对于第四筒体211往复移动，从而能够调节第三接收透镜223的焦距。
例如，第三空间211a内设置有第三隔圈211b和第四隔圈211c，第三隔圈211b和第四隔圈211c套设于第三空间211a内，第三隔圈211b的一端抵靠于第一接收透镜221的一端，第一接收透镜221的另一端抵靠于第三空间211a的一个端壁；
第三隔圈211b的另一端抵靠于第二接收透镜222的一端，第四隔圈211c的一端抵靠于第二接收透镜222的另一端，第四隔圈211c的另一端抵靠于第三接收透镜223的一端，第三接收透镜223的一端抵靠于第三空间211a的另一端壁。
本申请实施例通过第三隔圈211b和第四隔圈211c的设置，通过第三隔圈211b和第三空间211a端壁的配合，能够对第一接收透镜221起到限位的作用，通过第三隔圈211b和第四隔圈211c的配合，能够对第二接收透镜222起到限位的作用，通过第四隔圈211c和第三空间211a的配合，能够对第三接收透镜223起到限位的作用，从而提高接收装置200的稳定性。
容易理解的是，本领域技术人员在本申请提供的几个实施例的基础上，可以对本申请的实施例进行结合、拆分、重组等得到其他实施例，这些实施例均没有超出本申请的保护范围。
以上的具体实施方式，对本申请实施例的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上仅为本申请实施例的具体实施方式而已，并不用于限定本申请实施例的保护范围，凡在本申请实施例的技术方案的基础之上，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包括在本申请实施例的保护范围之内。
Claims (12)
1.一种用于气溶胶探测的单光子激光雷达光学***，其特征在于，包括：发射装置（100）和接收装置（200）；
所述发射装置（100）包括第一壳体（110）、第一发射透镜组（120）、第二发射透镜组（130）和激光发射组件，所述第一壳体（110）形成有第一容纳腔，所述第一发射透镜组（120）和所述第二发射透镜组（130）设置于所述第一容纳腔内；
所述激光发射组件和所述第一发射透镜组（120）的输入端连接，所述激光发射组件被配置为向所述第一发射透镜组（120）的入光面发射第一激光束，所述第一发射透镜组（120）的中心和所述第二发射透镜组（130）的中心沿所述第一激光束的传输路径设置；所述第一发射透镜组（120）被配置为将所述第一激光束准直进入至所述第二发射透镜组（130），所述第二发射透镜组（130）被配置为将所述第一发射透镜组（120）准直进入的所述第一激光束扩束至待检测目标；
所述接收装置（200）包括第二壳体（210）和接收透镜组（220），所述第二壳体（210）形成有第二容纳腔，所述接收透镜组（220）设置于所述第二容纳腔内，所述接收透镜组（220）被配置为接收所述待检测目标反射的第二激光束；其中，所述第一激光束的中轴线和所述第二激光束的中轴线并列设置；所述第一壳体（110）和所述第二壳体（210）并列设置。
2.根据权利要求1所述的一种用于气溶胶探测的单光子激光雷达光学***，其特征在于，所述第一发射透镜组（120）至少具有准直面，所述准直面被配置为将所述第一激光束往靠近所述第一激光束中轴线的方向汇聚；
所述第二发射透镜组（130）至少具有散射面，所述散射面被配置为将所述第一激光束往远离所述第一激光束中轴线的方向发散。
3.根据权利要求2所述的一种用于气溶胶探测的单光子激光雷达光学***，其特征在于，所述第一发射透镜组（120）包括第一发射透镜（121），所述第二发射透镜组（130）包括第二发射透镜（131）、第三发射透镜（132）、第四发射透镜（133）和第五发射透镜（134）；所述第一发射透镜（121）的中心、所述第二发射透镜（131）的中心、所述第三发射透镜（132）的中心、所述第四发射透镜（133）的中心和所述第五发射透镜（134）的中心沿所述第一激光束的传输方向依次设置；
所述第一发射透镜（121）的入光面设置为与所述第一激光束的传输方向相互垂直的面，所述第一发射透镜（121）的出光面与所述第一发射透镜（121）的入光面之间的距离自两端至中间的方向上逐渐减小；
所述第二发射透镜（131）的入光面设置为与所述第一激光束的传输方向相互垂直的面，所述第二发射透镜（131）的出光面与所述第二发射透镜（131）的入光面之间的距离自两端至中间的方向上逐渐减小；
所述第三发射透镜（132）的入光面与所述第二发射透镜（131）的入光面之间的距离自两端至中间的方向上逐渐减小，所述第三发射透镜（132）的出光面与所述第三发射透镜（132）的入光面对应设置；
所述第四发射透镜（133）的入光面与所述第二发射透镜（131）的入光面之间的距离自两端至中间的方向上逐渐增大，所述第四发射透镜（133）的出光面与所述第四发射透镜（133）的入光面对应设置；
所述第五发射透镜（134）的入光面与所述第二发射透镜（131）的入光面之间的距离自两端至中间的方向上逐渐减小，所述第五发射透镜（134）的出光面与所述第二发射透镜（131）的入光面之间的距离自两端至中间的方向上逐渐增大。
4.根据权利要求3所述的一种用于气溶胶探测的单光子激光雷达光学***，其特征在于，所述第一发射透镜（121）出光面曲率半径设置为-11.168mm至-10.168mm；所述第二发射透镜（131）入光面曲率半径设置为-14.271mm至-13.271mm，所述第二发射透镜（131）出光面曲率半径设置为5.560mm至6.560mm；所述第三发射透镜（132）入光面曲率半径设置为46.183mm至47.183mm，所述第三发射透镜（132）出光面曲率半径设置为33.293mm至34.293mm；所述第四发射透镜（133）入光面曲率半径设置为-193.657mm至-192.657mm，所述第四发射透镜（133）出光面曲率半径设置为-78.827mm至-77.827mm；所述第五发射透镜（134）入光面曲率半径设置为241.521mm至242.521mm，所述第五发射透镜（134）出光面曲率半径设置为-218.176mm至-217.176mm；
所述第一发射透镜（121）的中心厚度为1.678mm至2.678mm；所述第二发射透镜（131）的中心厚度为3.500mm至4.500mm；所述第三发射透镜（132）的中心厚度为2.500mm至3.500mm；所述第四发射透镜（133）的中心厚度为8.400mm至9.400mm；所述第五发射透镜（134）的中心厚度为8.500mm至9.500mm；
所述第一发射透镜（121）的中心至所述第二发射透镜（131）的中心之间的水平距离为2.500mm至3.500mm；所述第二发射透镜（131）的中心至所述第三发射透镜（132）的中心之间的水平距离为32.760mm至33.760mm；所述第三发射透镜（132）的中心至所述第四发射透镜（133）的中心之间的水平距离为82.668mm至83.668mm；所述第四发射透镜（133）的中心至所述第五发射透镜（134）的中心之间的水平距离为20.874mm至21.874mm；
所述第一发射透镜（121）的折射率为1.0864至2.0864，所述第一发射透镜（121）的阿贝数为60.214至61.214；
所述第二发射透镜（131）、所述第三发射透镜（132）、所述第四发射透镜（133）和所述第五发射透镜（134）的折射率均为0.9505至1.9505；
所述第二发射透镜（131）、所述第三发射透镜（132）、所述第四发射透镜（133）和所述第五发射透镜（134）的阿贝数均为67.321至68.321。
5.根据权利要求3所述的一种用于气溶胶探测的单光子激光雷达光学***，其特征在于，所述第一壳体（110）包括第一筒体（111）和第二筒体（112），所述第一筒体（111）形成有第一空间（111a），所述第三发射透镜（132）、所述第四发射透镜（133）和所述第五发射透镜（134）设置于所述第一空间（111a）内；
所述第二筒体（112）形成有第二空间（112a），所述第一容纳腔包括所述第一空间（111a）和所述第二空间（112a），所述第一发射透镜（121）和所述第二发射透镜（131）设置于所述第二空间（112a）内；所述第二筒体（112）的部分伸入至所述第一空间（111a）内，所述第二筒体（112）能够沿所述第一激光束的传输方向相对于所述第一筒体（111）往复移动，以调节所述第二发射透镜（131）和所述第三发射透镜（132）之间的焦距。
6.根据权利要求5所述的一种用于气溶胶探测的单光子激光雷达光学***，其特征在于，所述第一壳体（110）还包括第三筒体（113），所述第三筒体（113）的一侧套设于所述第二筒体（112）的外侧壁且固定于所述第一筒体（111），所述第三筒体（113）的另一侧套设于所述第一筒体（111）的外侧壁，且所述第三筒体（113）设置有和所述第一筒体（111）相互对应的螺栓孔，紧固螺栓能够穿过螺栓孔将第三筒体（113）可拆卸的固定于所述第一筒体（111）的外侧壁。
7.根据权利要求5所述的一种用于气溶胶探测的单光子激光雷达光学***，其特征在于，所述第一空间（111a）内设置有第一隔圈（111b）和第二隔圈（111c），所述第一隔圈（111b）和所述第二隔圈（111c）套设于所述第一空间（111a）内，所述第一隔圈（111b）的一端抵靠于所述第三发射透镜（132）的一端，所述第三发射透镜（132）的另一端抵靠于所述第一空间（111a）的一个端壁；
所述第一隔圈（111b）的另一端抵靠于所述第四发射透镜（133）的一端，所述第二隔圈（111c）的一端抵靠于所述第四发射透镜（133）的另一端，所述第二隔圈（111c）的另一端抵靠于所述第五发射透镜（134）的一端，所述第五发射透镜（134）的另一端抵靠于所述第一空间（111a）的另一端壁。
8.根据权利要求1-7任一项所述的一种用于气溶胶探测的单光子激光雷达光学***，其特征在于，所述接收透镜组（220）至少包括汇聚面，所述汇聚面被配置为将所述第二激光束往靠近所述第二激光束中轴线的方向汇聚。
9.根据权利要求8所述的一种用于气溶胶探测的单光子激光雷达光学***，其特征在于，所述接收透镜组（220）包括第一接收透镜（221）、第二接收透镜（222）和第三接收透镜（223），所述第一接收透镜（221）的中心、所述第二接收透镜（222）的中心和所述第三接收透镜（223）的中心沿所述第二激光束的传输方向依次设置；
所述第三接收透镜（223）的出光面设置为与所述第二激光束的传输方向相互垂直的面，所述第三接收透镜（223）的入光面与所述第三接收透镜（223）的出光面之间的距离自两端至中间的方向上逐渐减小；
所述第二接收透镜（222）的出光面与所述第三接收透镜（223）的出光面之间的距离自两端至中间的方向上逐渐增大，所述第二接收透镜（222）的入光面与所述第二接收透镜（222）的出光面对应设置；
所述第一接收透镜（221）的出光面与所述第三接收透镜（223）的出光面之间的距离自两端至中间的方向上逐渐减小，所述第一接收透镜（221）的入光面与所述第三接收透镜（223）的出光面之间的距离自两端至中间的方向上逐渐增大。
10.根据权利要求9所述的一种用于气溶胶探测的单光子激光雷达光学***，其特征在于，所述第一接收透镜（221）的入光面曲率半径设置为203.716mm至204.716mm，所述第一接收透镜（221）的出光面曲率半径设置为-415.765mm至-416.765mm；所述第二接收透镜（222）的入光面曲率半径设置为117.014mm至118.514mm，所述第二接收透镜（222）的出光面曲率半径设置为411.586mm至412.586mm；所述第三接收透镜（223）的入光面曲率半径设置为-143.624mm至-142.624mm，所述第三接收透镜（223）的出光面曲率半径设置为325.627mm至326.127mm；
所述第一接收透镜（221）的中心厚度为12.500mm至13.500mm；所述第二接收透镜（222）的中心厚度为12.160mm至13.160mm；所述第三接收透镜（223）的中心厚度为8.970mm至9.970mm；
所述第一接收透镜（221）的中心至所述第二接收透镜（222）的中心之间的水平距离为34.565mm至35.565mm；所述第二接收透镜（222）的中心至所述第三接收透镜（223）的中心之间的水平距离为64.849mm至65.849mm；
所述第一接收透镜（221）、所述第二接收透镜（222）和所述第三接收透镜（223）的折射率均为0.958mm至1.958mm；
所述第一接收透镜（221）、所述第二接收透镜（222）和所述第三接收透镜（223）的阿贝数均为67.321mm至68.321mm。
11.根据权利要求9所述的一种用于气溶胶探测的单光子激光雷达光学***，其特征在于，所述第二壳体（210）包括第四筒体（211）和第五筒体（212）；
所述第四筒体（211）形成第三空间（211a），所述第一接收透镜（221）、所述第二接收透镜（222）和所述第三接收透镜（223）设置于所述第三空间（211a）的一侧；
所述第五筒体（212）的一端连接有出射光纤，所述出射光纤被配置为接收所述第三接收透镜（223）的出光面发射的第二激光束，所述第五筒体（212）的另一端伸入至所述第三空间（211a）的另一侧，且所述第五筒体（212）能够沿所述第二激光束的传输方向相对于所述第四筒体（211）往复移动，以调节所述第三接收透镜（223）的焦距。
12.根据权利要求11所述的一种用于气溶胶探测的单光子激光雷达光学***，其特征在于，所述第三空间（211a）内设置有第三隔圈（211b）和第四隔圈（211c），所述第三隔圈（211b）和所述第四隔圈（211c）套设于所述第三空间（211a）内，所述第三隔圈（211b）的一端抵靠于所述第一接收透镜（221）的一端，所述第一接收透镜（221）的另一端抵靠于所述第三空间（211a）的一个端壁；
所述第三隔圈（211b）的另一端抵靠于所述第二接收透镜（222）的一端，所述第四隔圈（211c）的一端抵靠于所述第二接收透镜（222）的另一端，所述第四隔圈（211c）的另一端抵靠于所述第三接收透镜（223）的一端，所述第三接收透镜（223）的一端抵靠于所述第三空间（211a）的另一端壁。
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