專利名稱：2μm車載相干激光測風雷達系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種2 U m相干激光測風雷達系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
從國外激光測風雷達發(fā)展趨勢可以看出，其所使用的激光光源經(jīng)歷了從氣體到固體激光器的發(fā)展歷程，即工作波長從最開始的10. 6 ii m發(fā)展到后來的I. 06 u m>l. 55 u m和2um0 2um固體激光器增益介質(zhì)通常為摻銩和摻欽晶體，這個波段的激光對于人眼的傷害閾值較其它波段的激光要高，并且2 y m波段二極管泵浦固體激光器為目前公認的相干激光雷達最佳匹配波長。而2 y m波段對人眼安全、是很好的大氣窗口，并且具有很強的保密性，因此2 y m相干激光測風雷達成為目前國際上研究的熱點課題之一。
而對于2 U m車載相干測風激光雷達系統(tǒng)，由于其車身內(nèi)部空間有限，因此需要合理利用車身內(nèi)部的有限空間。所以在實驗方案建立過程中，主要考慮各部分子系統(tǒng)在不影響自身性能的情況下要盡量的小型化和輕量化，以滿足2 u m車載相干測風激光雷達系統(tǒng)的需要。目前，車載相干測風激光雷達系統(tǒng)的光路調(diào)節(jié)難度較大，而且難以克服光在自由空間傳輸造成的退偏現(xiàn)象。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是為了適應2 y m車載相干測風激光雷達系統(tǒng)的需求，從而提供一種2 U m車載相干激光測風雷達系統(tǒng)。2 U m車載相干激光測風雷達系統(tǒng),它包括一號分光鏡、會聚透鏡、聲光移頻器、脈沖激光放大器、二號分光鏡、一號1/2波片、一號耦合器、一號合束器、探測器、二號1/2波片、二號稱合器、分束器、預擴束鏡、偏振分光棱鏡、1/4波片、次鏡、主鏡、三號稱合器、二號合束器、平衡式探測器、中頻放大器、A/D轉(zhuǎn)換器和FPGA ；系統(tǒng)輸入的本振光束光經(jīng)一號分光鏡分成一號光束和二號光束，所述一號光束經(jīng)會聚透鏡聚焦至聲光移頻器中的2 ii m聲光調(diào)制器晶體中心,并產(chǎn)生布拉格衍射光束，并輸入至脈沖激光放大器的光輸入端，脈沖激光放大器發(fā)出脈沖激光，所述脈沖激光入射至二號分光鏡，經(jīng)二號分光鏡分成三號光束和四號光束；二號光束經(jīng)二號1/2波片透射后入射至二號稱合器的光輸入端；經(jīng)二號稱合器率禹合后通過2 ii m單模保偏光纖傳輸至分束器的光輸入端,并經(jīng)分束器分為五號光束和六號光束；六號光束通過2 ii m單模保偏光纖傳輸至二號合束器的光輸入端；五號光束通過2iim單模保偏光纖傳輸至一號合束器的光輸入端；三號光束經(jīng)二號1/2波片透射后入射至一號稱合器的光輸入端；經(jīng)一號稱合器率禹合后通過2 ii m單模保偏光纖傳輸至一號合束器的光輸入端；五號光束與三號光束經(jīng)一號合束器合為一束光，該束光通過2 ii m單模保偏光纖傳輸至探測器的光輸入端；四號光束經(jīng)預擴束鏡擴束后入射至偏振分光棱鏡，經(jīng)偏振分光棱鏡透射后入射至1/4波片，經(jīng)1/4波片透射后入射至次鏡，經(jīng)次鏡反射至主鏡，經(jīng)主鏡反射后入射至由X方向掃描鏡和Y方向掃描鏡組成的二維掃描器，并產(chǎn)生二維掃描光束，所述二維掃描光束入射至探測目標后，后向散射產(chǎn)生信號光，所述信號光沿與二維掃描光束相反的光路返回，并入射至主鏡，經(jīng)主鏡反射至次鏡，經(jīng)次鏡反射至1/4波片，經(jīng)1/4波片透射至偏振分光棱鏡，經(jīng)偏振分光棱鏡分成透射的七號光束和反射的八號光束；所述透射的七號光束沿與四號光束相反的光路返回至脈沖激光放大器；反射的八號光束經(jīng)三號稱合器稱合后通過2 Ii m單模保偏光纖傳輸至二號合束器的光輸入端；所述六號光束和八號光束經(jīng)二號合束器合成一束光束，所述二號合束器將該束光束通過2 u m單模保偏光纖傳輸至平衡式探測器的兩個光敏面上；所述平衡式探測器的頻率信號輸出端與中頻放大器的頻率放大信號輸入端連接；所述中頻放大器的頻率信號輸出端與A/D轉(zhuǎn)換器的模擬量輸入端連接；所述A/D轉(zhuǎn)換器的數(shù)字量輸出端與FPGA的數(shù)字量輸入端連接。
本發(fā)明不僅可以滿足系統(tǒng)小型化和輕量化的要求，而且系統(tǒng)中采用柔性光纖連接內(nèi)部光路，不僅使光路調(diào)節(jié)變得容易，而且可以克服光在自由空間傳輸造成的退偏現(xiàn)象。


圖I是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是16m距離處回波產(chǎn)生的拍頻信號的波形示意圖；圖3是96m處回波產(chǎn)生的拍頻信號的波形示意圖。
具體實施例方式具體實施方式
一、結(jié)合圖I說明本具體實施方式
，2pm車載相干激光測風雷達系統(tǒng)，它包括一號分光鏡2、會聚透鏡3、聲光移頻器4、脈沖激光放大器5、二號分光鏡6、一號1/2波片7、一號稱合器8、一號合束器9、探測器10、二號1/2波片11、二號稱合器12、分束器13、預擴束鏡14、偏振分光棱鏡15、1/4波片16、次鏡17、主鏡18、三號稱合器19、二號合束器20、平衡式探測器21、中頻放大器22、A/D轉(zhuǎn)換器23和FPGA24 ；系統(tǒng)輸入的本振光束光經(jīng)一號分光鏡2分成一號光束和二號光束,所述一號光束經(jīng)會聚透鏡3聚焦至聲光移頻器4中的2 y m聲光調(diào)制器晶體中心，并產(chǎn)生布拉格衍射光束，并輸入至脈沖激光放大器5的光輸入端，脈沖激光放大器5發(fā)出脈沖激光，所述脈沖激光入射至二號分光鏡6,經(jīng)二號分光鏡6分成三號光束和四號光束；二號光束經(jīng)二號1/2波片12透射后入射至二號稱合器13的光輸入端；經(jīng)二號率禹合器13稱合后通過2 ii m單模保偏光纖傳輸至分束器13的光輸入端,并經(jīng)分束器13分為五號光束和六號光束；六號光束通過2 ii m單模保偏光纖傳輸至二號合束器20的光輸入端；五號光束通過2 ii m單模保偏光纖傳輸至一號合束器9的光輸入端；三號光束經(jīng)二號1/2波片7透射后入射至一號稱合器8的光輸入端；經(jīng)一號I禹合器8稱合后通過2 ii m單模保偏光纖傳輸至一號合束器9的光輸入端；五號光束與三號光束經(jīng)一號合束器9合為一束光,該束光通過2 ii m單模保偏光纖傳輸至探測器10的光輸入端；四號光束經(jīng)預擴束鏡14擴束后入射至偏振分光棱鏡15,經(jīng)偏振分光棱鏡15透射后入射至1/4波片16，經(jīng)1/4波片16透射后入射至次鏡17，經(jīng)次鏡17反射至主鏡18，經(jīng)主鏡19反射后入射至由X方向掃描鏡26和Y方向掃描鏡27組成的二維掃描器,并產(chǎn)生二維掃描光束，所述二維掃描光束入射至探測目標后，后向散射產(chǎn)生信號光，所述信號光沿與二維掃描光束相反的光路返回，并入射至主鏡18，經(jīng)主鏡18反射至次鏡17，經(jīng)次鏡17反射至1/4波片16，經(jīng)1/4波片16透射至偏振分光棱鏡15，經(jīng)偏振分光棱鏡15分成透射的七號光束和反射的八號光束；所述透射的七號光束沿與四號光束相反的光路返回至脈沖激光放大器5 ；反射的八號光束經(jīng)三號稱合器19稱合后通過2 V- m單模保偏光纖傳輸至二號合束器20的光輸入端；所述六號光束和八號光束經(jīng)二號合束器20合成一束光束,所述二號合束器20將該束光束通過2 u m單模保偏光纖傳輸至平衡式探測器21的兩個光敏面上；所述平衡式探測器21的頻率信號輸出端與中頻放大器22的頻率放大信號輸入端連接；所述中頻放大器22的頻率信號輸出端與A/D轉(zhuǎn)換器23的模擬量輸入端連接；所述A/D轉(zhuǎn)換器23的數(shù)字量輸出端與FPGA24的數(shù)字量輸入端連接。FPGA24的對數(shù)據(jù)處理的過程經(jīng)過A/D采用后的數(shù)字信號，送到FPGA進行數(shù)字化 處理即利用FPGA實現(xiàn)數(shù)字域的奇偶抽取多相濾波，得到正交I、Q兩路信號，對兩路正交信號進行處理可以得到幅度和多普勒頻率信息，根據(jù)頻率和風速的數(shù)學關(guān)系，最終可以得到待測區(qū)域的風速和風向。
具體實施方式
二、本具體方式與具體實施方式
一所述的2 Pm車載相干激光測風雷達系統(tǒng)的區(qū)別在于，它還包括顯示器25，所述顯示器25的顯示信號輸入端與FPGA24的顯示信號輸出端連接。
具體實施方式
三、本具體方式與具體實施方式
一所述的2 Pm車載相干激光測風雷達系統(tǒng)的區(qū)別在于，系統(tǒng)輸入的本振光束的功率為0. 40mW。
具體實施方式
四、本具體方式與具體實施方式
一所述的2 U m車載相干激光測風雷達系統(tǒng)的區(qū)別在于，系統(tǒng)輸入的本振光束采用本振激光器I發(fā)出。
具體實施方式
五、本具體方式與具體實施方式
一所述的2 Pm車載相干激光測風雷達系統(tǒng)的區(qū)別在于，系統(tǒng)輸入的本振光束采用型號為MXL-III-532的綠光固體激光器發(fā)出。
具體實施方式
六、本具體方式與具體實施方式
一所述的2 Pm車載相干激光測風雷達系統(tǒng)的區(qū)別在于，綠光固體激光器的輸出功率為30mW,波長為532nm,光斑直徑為2_。
具體實施方式
七、本具體方式與具體實施方式
一所述的2 Pm車載相干激光測風雷達系統(tǒng)的區(qū)別在于，本振激光器I的工作波長為2iim ;工作介質(zhì)為Ho:YAG ;本振光功率為5mW ;激光單脈沖能量為2mJ ;脈寬為300ns ;重頻為IOOHz ;短期頻率穩(wěn)定性為10_8。
具體實施方式
八、本具體方式與具體實施方式
一所述的2 U m車載相干激光測風雷達系統(tǒng)的區(qū)別在于，平衡式探測器21采用2 y m InGaAs平衡式光電探測器。
具體實施方式
九、本具體方式與具體實施方式
一所述的2 Pm車載相干激光測風雷達系統(tǒng)的區(qū)別在于，平衡式探測器21的帶寬是150MHz ;增益為20dB ;靈敏度為1A/W。
具體實施方式
十、本具體方式與具體實施方式
一所述的2 Pm車載相干激光測風雷達系統(tǒng)的區(qū)別在于，于X方向掃描鏡26和Y方向掃描鏡27上都鍍有反射率為99%的高反膜。工作原理1)信號光路。連續(xù)(CW)本振激光器發(fā)射一束頻率為U水平(或垂直)線偏振激光，經(jīng)分光鏡BSl后按照事先設(shè)計好的分光比分成兩束，大部分光能透過會聚透鏡聚焦到2 聲光調(diào)制器晶體中心，經(jīng)布拉格衍射后的I級光注入到脈沖激光放大級中，此時激光頻率為fo =脈沖激光放大級發(fā)射一定重復頻率的脈沖激光。發(fā)射的
脈沖光經(jīng)過分光鏡BS2后又分為兩束，一小部分能量被反射經(jīng)過1/2波片后被2 u m單模保偏光纖耦合器I耦合進2 單模保偏光纖中，透射的大部分能量進入預擴束鏡BCT (由L1和L2組成)，經(jīng)擴束準直的脈沖光完全透過偏振分光棱鏡PBS和1/4波片QWP后原來的水平(或垂直)線偏振光變?yōu)閳A偏振光，并通過光學天線次鏡和主鏡，經(jīng)光學天線擴束后的脈沖光入射到X/Y掃描器中(圖中未畫出)，其產(chǎn)生的二維掃描光束發(fā)射到探測目標區(qū)域。探測目標后向散射產(chǎn)生的信號光按原光路返回，再一次透過1/4波片后使圓偏振光變?yōu)榻拼怪?或水平)的線偏振光經(jīng)分光棱鏡PBS使信號光的偏振態(tài)被校正成垂直(或水平)線偏振光后反射到2 u m單模保偏光纖耦合器2上，這部分信號光被耦合進2 u m單模保偏光纖中作為待測信號光。2)本振光路。被分光鏡BSl反射的那部分光透過1/2波片HWP后，原來的水平(或垂直)線偏振光旋轉(zhuǎn)90°，變成垂直(或水平)線偏振光，并經(jīng)過2 u m單模保偏光纖率禹合器3稱合進2 ii m單模保偏光纖中,其光纖輸出端與分束器輸入端相連,經(jīng)分束器將本振光分為兩部分，其中一部分本振光和待測信號光與2X2的2 ii m單模保偏光纖合束器輸 入端相連，經(jīng)合束器合束后按照一定比例分配給2 u m平衡式光電探測器的兩個入射端口，兩束光在平衡式光電探測器的兩個光敏面上發(fā)生混頻并且都產(chǎn)生頻率為fIF2 = f0+fd-fL0 =fd+fAM的差頻信號(fd為多普勒頻移)，此2pm平衡式光電探測器作為信號檢測用；另一部分本振光和2 ii m單模保偏光纖稱合器I稱合到光纖中的脈沖光與2X1的2 ii m單模保偏光纖合束器輸入端口相連，經(jīng)合束器后兩束光匯合后2 u m光電探測器光敏面上混頻，產(chǎn)生頻率為fIF1 = f0-fL0 = fAoi差頻信號，此2 u m光電探測器的作用是監(jiān)測脈沖激光器的頻率穩(wěn)定性。2 u m相干激光測風雷達實驗裝置的主要技術(shù)指標如表I所示。與國內(nèi)外類似的激光雷達系統(tǒng)光路相比，本發(fā)明在光路調(diào)節(jié)過程中，利用與本振光偏振方向成45°的1/2波片來改變本振光的偏振方向從而使本振光與信號光之間形成良好的偏振匹配。同時，由于光纖器件的應用，不僅使系統(tǒng)小型化，而且本振光和信號光同在一根單模保偏光纖中傳輸，而單模光纖只有一個模式，所以在單模光纖中，光是沿著軸向傳播的，這使得外差探測系統(tǒng)容易滿足相位匹配的條件。而2 y m聲光移頻器一級光的輸出使探測光場附加了 105MHz的頻率，這不僅可以克服1/f噪聲對外差探測信噪比的影響，而且可使探測的風速帶寬的中心頻率從OHz平移到105MHz，有利于風向的判斷。同時，在實際光學設(shè)計中，分光鏡BSl和BS2均為高透鏡，二者的表面和反射面都鍍增透膜；偏振分光棱鏡PBS的端面鍍增透膜，而反射面鍍偏振膜起到偏振隔離的作用，且BSU BS2和PBS的輸入和輸出端面之間人為地設(shè)置一個夾角，很好地避免了因本振光在鏡片端面上的多次反射帶來的噪聲干擾。外差信號的采集與分析為了驗證外差探測系統(tǒng)方案的可行性，根據(jù)實驗方案搭建本論文所需的外差探測系統(tǒng)的光路。由于2 y m激光器的波長處于近紅外波段，因此對于人眼是不可見的，為了更好地使雷達發(fā)射機和接收機中光學元件共軸，利用長春新產(chǎn)業(yè)光電技術(shù)有限公司生產(chǎn)的綠光固體激光器，其型號為MXL-III-532，輸出功率為30mW，波長為532nm處于可見光波段，其顏色為綠色，光斑直徑為2_，用這臺激光器作為光路共軸調(diào)節(jié)的指示光。在光路調(diào)試過程中，首先需將指示光與2 紅外激光共軸合束，這樣只要指示光的位置確定，則2 y m紅外激光的位置便隨之確定了。
在指不光與2 ii m紅外激光精確合束的基礎(chǔ)上,便可以利用指不光對激光雷達光學天線系統(tǒng)和接收機中的光學元件進行共軸調(diào)節(jié)，而對2 y m相干激光測風雷達系統(tǒng)中光學天線系統(tǒng)裝調(diào)的關(guān)鍵是將其與發(fā)射激光光束進行共軸調(diào)節(jié)即可。同理，預擴束系統(tǒng)也是如此，利用指示光源將其光軸與發(fā)射激光光束的光軸調(diào)節(jié)重合即可。2 u m單模保偏光纖耦合器的裝調(diào)也是整個系統(tǒng)調(diào)節(jié)的一個難點，耦合器的耦合效率對自聚焦透鏡和單模光纖之間的軸間間距Xtl和自聚焦透鏡軸線和單模光纖軸線之間的夾角9非常敏感，這就間接說明在耦合器的調(diào)試過程中要特別注意耦合器俯仰、橫向和縱向的調(diào)節(jié)，這樣便可以使光束高效率的耦合進2 u m單模保偏光纖中。在實際裝調(diào)過程中，先調(diào)節(jié)合作目標使其與發(fā)射機發(fā)射的探測光束光軸垂直，這樣便可以保證探測光束能夠按照原光路返回。在此基礎(chǔ)上就可以進行耦合器的裝調(diào)了，細心調(diào)節(jié)直到耦合效率達到設(shè)計要求為止，然后對調(diào)整機構(gòu)點膠固定。2 Pm相干激光測風系統(tǒng)中的其它光學元件可以很容易地通過指示光進行共軸調(diào)節(jié)，這里不做過多的介紹。 根據(jù)如圖I所設(shè)計的實驗方案對2 U m相干激光測風雷達各光學子系統(tǒng)進行光路聯(lián)調(diào)，在各子系統(tǒng)自身調(diào)節(jié)滿足設(shè)計要求的基礎(chǔ)上，通過聯(lián)調(diào)使各光學子系統(tǒng)滿足共軸要求。聯(lián)調(diào)完畢之后，分別在距離雷達系統(tǒng)16m和96m處放置孔徑為0200mm的平面反射鏡作為合作目標。調(diào)節(jié)雷達的探測光束使其照射到合作目標上，精確調(diào)節(jié)合作目標使反射光沿原光路返回，將返回的光作為信號光，為了防止2 平衡式光電探測器出現(xiàn)飽和現(xiàn)象，在信號光路中放置衰減片對信號光功率進行衰減，并將衰減后的信號光耦合進2 y m單模保偏光纖中，此時信號光與本振光合束后在探測器光敏面上產(chǎn)生拍頻信號。實驗過程中，將本振光功率的大小設(shè)置為0. 40mW，其實驗測得的16m和96m工作距離處外差信號波形分別如圖2和圖3所示。從圖2中可以看出，當探測目標處于近距離16m處時，在示波器所觀察到的中頻外差信號幅度比較強，且調(diào)制信號比較明顯，即調(diào)制深度比較大，能夠明顯地觀察到105MHz的包絡調(diào)制信號。對這個包絡進行FFT解調(diào)便可以得到中頻外差信號的頻率。同時，通過上位機對采集到的外差信號所對應的.dat數(shù)據(jù)進行處理，最終得到外差信號的信噪比為45. 16dB。而從圖3中可以看出，由于探測目標的距離增加到96m，外差信號的幅度減小。圖5中的第一個包絡是激光器出光的觸發(fā)信號，第二個是信號光與本振光拍頻后產(chǎn)生的時域中頻外差信號，相對于觸發(fā)信號有一個延時，其延時時間便是探測光束往返的時間T =2R/c (R為探測目標的距離，c為真空中的光速)，并且中頻外差信號的包絡中也存在105MHz的調(diào)制信號，此信號經(jīng)過快速傅里葉變換后便得到中頻外差信號的頻譜，即得到中頻外差信號的頻率。但是與圖2相比，其調(diào)制深度變小，這與外差探測理論是相符的。與此同時，通過圖2和圖3相比較可以看到，圖2中觀察不到觸發(fā)信號，原因在于2um相干激光測風雷達存在探測盲區(qū)，在16m的探測距離范圍內(nèi)無法區(qū)分兩個信號，即兩個信號發(fā)生重疊。同樣，通過上位機對采集到的.dat數(shù)據(jù)進行處理，最終得到外差信號的信噪比為43. 91dB，與16m處的合作目標產(chǎn)生的外差信號相比信噪比降低了 1.25dB，說明隨著探測距離的增加，外差信號的信噪比降低了，即探測器收集到探測目標的后向散射信號減小了，這與相干激光雷達探測的距離方程理論相符。需要說明的是，由于國內(nèi)從事2 y m脈沖激光器研究工作起步比較晚，目前只有本論文所采用的自研的2pm脈沖激光器能量可以達到2mJ左右，但是受到頻率穩(wěn)定性的制約，其相干長度非常低在IOOm左右，所以本論文最遠只探測到了 96處合作目標的外差信號。
通過上面對不同距離處合作目標外差信號的探測和信噪比的對比分析可以看出，本發(fā)明所建立的實驗方案是可行的，能夠滿足2 U m相干激光測風雷達系統(tǒng)的要求，也為進一步外場實驗奠定了堅實的基礎(chǔ)。
權(quán)利要求
1.2μπι車載相干激光測風雷達系統(tǒng)，其特征是它包括一號分光鏡(2)、會聚透鏡(3)、聲光移頻器(4)、脈沖激光放大器(5)、二號分光鏡(6)、一號1/2波片(7)、一號稱合器(8)、一號合束器(9)、探測器(10)、二號1/2波片(11)、二號耦合器(12)、分束器(13)、預擴束鏡(14)、偏振分光棱鏡(15)、1/4波片(16)、次鏡(17)、主鏡(18)、三號稱合器(19)、二號合束器(20)、平衡式探測器(21)、中頻放大器(22)、Α/D轉(zhuǎn)換器(23)和FPGA (24)； 系統(tǒng)輸入的本振光束經(jīng)一號分光鏡(2)分成一號光束和二號光束,所述一號光束經(jīng)會聚透鏡(3)聚焦至聲光移頻器(4)中的2 μ m聲光調(diào)制器晶體中心，并產(chǎn)生布拉格衍射光束，并輸入至脈沖激光放大器(5)的光輸入端，脈沖激光放大器(5)發(fā)出脈沖激光，所述脈沖激光入射至二號分光鏡(6),經(jīng)二號分光鏡(6)分成三號光束和四號光束； 二號光束經(jīng)二號1/2波片(11)透射后入射至二號稱合器(12)的光輸入端；經(jīng)二號率禹合器(12)耦合后通過2 μ m單模保偏光纖傳輸至分束器(13)的光輸入端，并經(jīng)分束器(13)分為五號光束和六號光束；六號光束通過2 μ m單模保偏光纖傳輸至二號合束器(20)的光輸入端；五號光束通過2 μ m單模保偏光纖傳輸至一號合束器(9)的光輸入端； 三號光束經(jīng)二號1/2波片(7)透射后入射至一號稱合器(8)的光輸入端；經(jīng)一號I禹合器(8)稱合后通過2 μ m單模保偏光纖傳輸至一號合束器(9)的光輸入端；五號光束與三號光束經(jīng)一號合束器(9)合為一束光，該束光通過2 μ m單模保偏光纖傳輸至探測器(10)的光輸入端； 四號光束經(jīng)預擴束鏡(14)擴束后入射至偏振分光棱鏡(15)，經(jīng)偏振分光棱鏡(15)透射后入射至1/4波片(16)，經(jīng)1/4波片(16)透射后入射至次鏡(17)，經(jīng)次鏡(17)反射至主鏡(18)，經(jīng)主鏡(19)反射后入射至由X方向掃描鏡(26)和Y方向掃描鏡(27)組成的二維掃描器，并產(chǎn)生二維掃描光束，所述二維掃描光束入射至探測目標后，后向散射產(chǎn)生信號光，所述信號光沿與二維掃描光束相反的光路返回，并入射至主鏡(18)，經(jīng)主鏡(18)反射至次鏡(17)，經(jīng)次鏡(17)反射至1/4波片(16)，經(jīng)1/4波片(16)透射至偏振分光棱鏡(15)，經(jīng)偏振分光棱鏡(15)分成透射的七號光束和反射的八號光束；所述透射的七號光束沿與四號光束相反的光路返回至脈沖激光放大器(5)； 反射的八號光束經(jīng)三號耦合器(19)耦合后通過2 μ m單模保偏光纖傳輸至二號合束器(20)的光輸入端；所述六號光束和八號光束經(jīng)二號合束器(20)合成一束光束,所述二號合束器(20)將該束光束通過2μπι單模保偏光纖傳輸至平衡式探測器(21)的兩個光敏面上； 所述平衡式探測器(21)的頻率信號輸出端與中頻放大器(22)的頻率放大信號輸入端連接；所述中頻放大器(22)的頻率信號輸出端與Α/D轉(zhuǎn)換器(23)的模擬量輸入端連接；所述Α/D轉(zhuǎn)換器(23)的數(shù)字量輸出端與FPGA (24)的數(shù)字量輸入端連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的2μ m車載相干激光測風雷達系統(tǒng)，其特征在于它還包括顯示器(25)，所述顯示器(25)的顯示信號輸入端與FPGA (24)的顯示信號輸出端連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的2μ m車載相干激光測風雷達系統(tǒng)，其特征在于系統(tǒng)輸入的本振光束的功率為O. 40mW。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的2μ m車載相干激光測風雷達系統(tǒng)，其特征在于系統(tǒng)輸入的本振光束米用本振激光器(I)發(fā)出。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的2μ m車載相干激光測風雷達系統(tǒng)，其特征在于系統(tǒng)輸入的本振光束采用型號為MXL-III-532的綠光固體激光器發(fā)出。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的2μ m車載相干激光測風雷達系統(tǒng)，其特征在于綠光固體激光器的輸出功率為30mW，波長為532nm，光斑直徑為2mm。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的2μ m車載相干激光測風雷達系統(tǒng)，其特征在于本振激光器(I)的工作波長為2 μ m ;工作介質(zhì)為HckYAG ;本振光功率為5mW ;激光單脈沖能量為2mJ ;脈寬為300ns ;重頻為IOOHz ;短期頻率穩(wěn)定性為10_8。
8.根據(jù)權(quán)利要求I所述的2μ m車載相干激光測風雷達系統(tǒng)，其特征在于平衡式探測器(21)采用2μπι InGaAs平衡式光電探測器。
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的2μ m車載相干激光測風雷達系統(tǒng)，其特征在于平衡式探測器(21)的帶寬是150MHz ;增益為20dB ;靈敏度為1A/W。
10.根據(jù)權(quán)利要求I所述的2μ m車載相干激光測風雷達系統(tǒng)，其特征在于X方向掃描鏡(26)和Y方向掃描鏡(27)上都鍍有反射率為99%的高反膜。
全文摘要
2μm車載相干激光測風雷達系統(tǒng)，涉及一種2μm相干激光測風雷達系統(tǒng)，它是為了適應2μm車載相干測風激光雷達系統(tǒng)的需求。系統(tǒng)輸入的本振光束經(jīng)一號分光鏡分成一號光束和二號光束，一號光束經(jīng)會聚透鏡、聲光移頻器輸入至脈沖激光放大器，脈沖激光放大器發(fā)出脈沖激光并經(jīng)二號分光鏡分成三號光束和四號光束；二號光束經(jīng)二號1/2波片、二號耦合器后經(jīng)分束器分為五號光束和六號光束；三號光束經(jīng)二號1/2波片、一號耦合器后與五號光束合為一束并傳輸至探測器；四號光束經(jīng)預擴束鏡、偏振分光棱鏡、1/4波片、次鏡、主鏡后入射至探測目標并返回，并與六號光束合成一束并傳輸至平衡式探測器的兩個光敏面上。本發(fā)明適用于相干激光測風雷達的車載應用。
文檔編號G01S7/481GK102707292SQ201210231659
公開日2012年10月3日 申請日期2012年7月5日 優(yōu)先權(quán)日2012年7月5日
發(fā)明者李彥超, 王春暉 申請人:哈爾濱工業(yè)大學