[發明專利]一種基于種子注入式激光器的種子光進行激光頻率鎖定的裝置

有效

• 申請號: 201210071295.2
• 申請日: 2012-03-16
• 公開（公告）號: CN102623880A
• 公開（公告）日: 2012-08-01
• 發明（設計）人: 夏海云;竇賢康;孫東松;胡冬冬;薛向輝;陳廷娣
• 申請（專利權）人: 中國科學技術大學
• 主分類號: H01S3/10
• 分類號: H01S3/10
• 代理公司: 北京凱特來知識產權代理有限公司 11260
• 代理人: 鄭立明;陳亮

技術領域

本發明涉及激光遙感技術領域，尤其涉及一種基于種子注入式激光器的種子光進行激光頻率鎖定的裝置。

背景技術

目前，瑞利測風激光雷達是觀測中高層大氣風場的一種有力工具，雷達通過鑒頻器將光學信號的頻率信息轉化為強度信息，比較出射光和大氣后向散射光的相對頻移，根據多普勒原理，反演出回波信號方向上的大氣風速。大部分的瑞利測風激光雷達選用種子注入式的Nd：YAG脈沖激光器作為雷達光源：一個較小的穩頻1064nm激光器輸出連續的1064nm激光，作為“種子”注入一個較大的激光震蕩腔和放大級中，生成與種子激光器頻率相同的1064nm激光脈沖，然后根據需要可以進行倍頻或三倍頻，產生532nm或355nm的激光脈沖，為了在高空獲得較高的回波信號強度，雷達通常會選擇532nm或355nm作為工作波長。

鑒頻器是直接影響雷達測量精度的關鍵器件，國際上常用的一種鑒頻器稱為可調諧式(Fabry-Perot，F-P)干涉儀，或者可調諧式F-P標準具：在兩塊間隔距離可調節的平行平板上鍍針對工作波長的高反射膜，若有工作波長的光入射到F-P標準具上，就會在兩塊平板間形成多次反射，入射光在標準具上的透過率直接與其頻率直接相關，因而可以通過檢測激光的透過率來反演光的頻率信息。

在一個激光雷達系統中，出射激光的頻率和F-P標準具頻譜的初始相對位置，決定著測量的精度和準確度，但是由于激光器的出射光頻率會受到環境溫度等因素的影響，標準具自身的頻譜也會隨時間發生微小的變化，因此在激光雷達測量中，維持出射激光頻率與F-P標準具頻譜的相對位置，即對出射激光進行頻率鎖定的技術就顯得十分重要的。現有瑞利測風激光雷達所使用的標準具常見的結構是在標準具的通光面分出三個區域：兩個信號通道和一個鎖定通道。在三個區域分別鍍不同厚度的膜，因而導致三個區域的腔長(即標準具兩平行平板的距離)產生差異，這種差異會反映在標準具三個通道的頻譜特性上，使三個通道的頻譜曲線在頻域上有一個固定的相對位置關系。如圖1所示為現有技術中F-P標準具三個通道的頻譜曲線的示意圖，圖中橫坐標是激光頻率，縱坐標是激光在標準具上的透過率；兩側的兩個頻譜(1)和(2)為信號通道頻譜，中間的(3)為鎖定通道頻譜，其中：兩信號通道頻譜的交點與鎖定通道頻譜的半高位置橫坐標相同。

在現有技術的鎖頻方案中，用于鎖頻的鎖定用激光就是發射進入大氣的532nm或355nm脈沖激光，測量脈沖光光強時，測量信噪比低；而且由于脈沖的上升和下降時間很快，通常的探測器響應時間跟不上，會導致對脈沖波形的測量失真，準確性差，這些缺點就會導致測量的透過率精度和準確性低，進一步導致雷達系統測量精度低。

發明內容

本發明的目的是提供一種基于種子注入式激光器的種子光進行激光頻率鎖定的裝置，可以提升頻率鎖定中光強測量的信噪比和準確性，進而提高瑞利測風激光雷達系統的測量精度。

本發明的目的是通過以下技術方案實現的：

一種基于種子注入式激光器的種子光進行激光頻率鎖定的裝置，所述裝置包括種子注入式激光器，電光調制器，可調諧式F-P標準具，分束片，光電探測器，數據采集與分析單元，F-P標準具控制器，其中：

所述種子注入式激光器，用于輸出1064nm的連續種子激光；

所述可調諧式F-P標準具針對種子激光的1064nm波長設計標準具的鎖定通道參數，并針對532nm或355nm的工作波長設計標準具的兩個信號通道參數，且三個通道的頻譜相對位置滿足設計要求：鎖定通道頻譜的半高位置與兩個信號通道頻譜交點位置的橫坐標相同；

所述電光調制器，用于在頻率鎖定操作前，對所述種子注入式激光器輸出的激光頻率進行調制，使所述可調諧式F-P標準具三個通道的頻譜相對位置滿足上述設計要求，且在滿足上述設計要求時種子激光在所述鎖定通道上的透過率值即為鎖頻基準值；

在頻率鎖定操作時，所述1064nm的連續種子激光分出一部分用作鎖定用激光，該鎖定用激光經過所述電光調制器后，通過所述分束片按照一定的比例分割為兩部分，一部分直接進入一個光電探測器，測量其光強；另一部分用透鏡轉化成平行光的形式，入射進所述可調諧式F-P標準具的鎖定通道，通過該可調諧式F-P標準具之后，再用另一個光電探測器測量其光強；

所述數據采集與分析單元，用于根據該鎖定用激光的分割比例，以及采集到的兩個光電探測器的測量值，得到該鎖定用激光在所述可調諧式F-P標準具鎖定通道上的透過率實測值，將該實測值與所述鎖頻基準值比較，若有差別，則控制所述F-P標準具控制器進行調節；