[發(fā)明專(zhuān)利]CO2探測(cè)激光雷達(dá)中脈沖差頻激光器穩(wěn)頻裝置及方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201410261661.X
• 申請(qǐng)日: 2014-06-13
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN103996971A
• 公開(kāi)（公告）日: 2014-08-20
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 龔?fù)?/a>;馬昕;相成志;韓舸;林宏
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 武漢大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): H01S3/137
• 分類(lèi)號(hào): H01S3/137
• 代理公司: 武漢科皓知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(特殊普通合伙) 42222
• 代理人: 胡艷

1.用于CO₂探測(cè)激光雷達(dá)中脈沖差頻激光器的穩(wěn)頻裝置，其特征是，包括：

第一分光單元，用來(lái)將脈沖差頻激光器的輸出紅外激光分成第一激光束和第二激光束，第一激光束進(jìn)入波長(zhǎng)粗定標(biāo)單元，第二激光束經(jīng)聚焦單元后通過(guò)自由光路進(jìn)入第二分光裝置；

波長(zhǎng)粗定標(biāo)單元，用來(lái)對(duì)第一激光束進(jìn)行定標(biāo)以獲取脈沖差頻激光器的輸出紅外激光波長(zhǎng)真實(shí)值；

第二分光單元，用來(lái)將第二激光束分成第三激光束和第四激光束，第三激光束和第四激光束通過(guò)自由光路分別進(jìn)入CO₂氣體吸收池和N₂氣體吸收池；

CO₂吸收譜獲取單元，包括CO₂氣體吸收池、N₂氣體吸收池、紅外探測(cè)器和信號(hào)采集單元，紅外探測(cè)器用來(lái)探測(cè)CO₂氣體吸收池和N₂氣體吸收池出射的紅外激光束，信號(hào)采集單元采集紅外探測(cè)器的探測(cè)結(jié)果獲得CO₂吸收譜；

計(jì)算單元，用來(lái)根據(jù)CO₂吸收譜獲取單元獲得的CO₂吸收譜和波長(zhǎng)粗定標(biāo)單元獲得的輸出紅外激光波長(zhǎng)真實(shí)值確定on波長(zhǎng)，并通過(guò)控制脈沖差頻激光器輸出紅外激光波長(zhǎng)實(shí)現(xiàn)on波長(zhǎng)的穩(wěn)頻。

2.如權(quán)利要求1所述的用于CO₂探測(cè)激光雷達(dá)中脈沖差頻激光器的穩(wěn)頻裝置，其特征是：

所述的自由光路為光纖光路，光纖光路的輸入端和輸出端均設(shè)有光纖準(zhǔn)直器。

3.如權(quán)利要求2所述的用于CO₂探測(cè)激光雷達(dá)中脈沖差頻激光器的穩(wěn)頻裝置，其特征是：

所述的第二分光單元為設(shè)置在光纖光路中的光纖分光器。

4.用于CO₂探測(cè)激光雷達(dá)中脈沖差頻激光器的穩(wěn)頻方法，其特征是，包括步驟：

步驟1，采用波長(zhǎng)粗定標(biāo)單元對(duì)脈沖差頻激光器的輸出紅外激光進(jìn)行粗定標(biāo)，獲得輸出紅外激光波長(zhǎng)的真實(shí)值，擬合輸出紅外激光波長(zhǎng)的真實(shí)值和標(biāo)稱(chēng)值進(jìn)行線性擬合獲得真實(shí)值和標(biāo)稱(chēng)值的線性擬合曲線；

步驟2，脈沖差頻激光器根據(jù)設(shè)定的大步波長(zhǎng)掃描范圍以及真實(shí)值和標(biāo)稱(chēng)值的線性擬合曲線進(jìn)行大步長(zhǎng)掃描，使得輸出紅外激光波長(zhǎng)滿足大步波長(zhǎng)掃描范圍，并通過(guò)調(diào)整大步波長(zhǎng)掃描范圍，獲得具有單一吸收峰的CO₂吸收譜；所述的大步波長(zhǎng)掃描范圍包括起始波長(zhǎng)、終止波長(zhǎng)和波長(zhǎng)間隔，起始波長(zhǎng)和終止波長(zhǎng)位于CO₂吸收峰位置理論值兩側(cè)；

步驟3，脈沖差頻激光器根據(jù)設(shè)定的小步波長(zhǎng)掃描范圍以及真實(shí)值和標(biāo)稱(chēng)值的線性擬合曲線進(jìn)行小步長(zhǎng)掃描，使得輸出紅外激光波長(zhǎng)滿足小步波長(zhǎng)掃描范圍，并獲得小步波長(zhǎng)掃描范圍下的CO₂吸收譜，從而確定CO₂吸收峰位置實(shí)測(cè)值，即on波長(zhǎng)；所述的小步波長(zhǎng)掃描范圍包括起始波長(zhǎng)、終止波長(zhǎng)和波長(zhǎng)間隔，小步波長(zhǎng)掃描范圍的起始波長(zhǎng)和終止波長(zhǎng)分別同當(dāng)前大步波長(zhǎng)掃描范圍的起始波長(zhǎng)和終止波長(zhǎng)；大步波長(zhǎng)掃描范圍的波長(zhǎng)間隔和小步波長(zhǎng)掃描范圍的波長(zhǎng)間隔均為經(jīng)驗(yàn)值，且大步波長(zhǎng)掃描范圍的波長(zhǎng)間隔大于小步波長(zhǎng)掃描范圍的波長(zhǎng)間隔；

步驟4，當(dāng)CO₂探測(cè)激光雷達(dá)信號(hào)采集的積分時(shí)間不大于5min情況下的on波長(zhǎng)穩(wěn)頻包括：

執(zhí)行步驟2～3多次確定on波長(zhǎng)，以各on波長(zhǎng)對(duì)應(yīng)的光學(xué)厚度值構(gòu)建樣本x；固定on波長(zhǎng)，以脈沖差頻激光器連續(xù)輸出的各輸出波長(zhǎng)對(duì)應(yīng)的光學(xué)厚度值構(gòu)建樣本y，采用統(tǒng)計(jì)學(xué)的假設(shè)檢驗(yàn)理論進(jìn)行精度評(píng)定，若樣本y精度低于樣本x精度，則執(zhí)行步驟1～2重新確定on波長(zhǎng)；直至樣本y精度不低于樣本x精度。

5.如權(quán)利要求4所述的用于CO₂探測(cè)激光雷達(dá)中脈沖差頻激光器的穩(wěn)頻方法，其特征是：

步驟1進(jìn)一步包括子步驟：

1.1脈沖差頻激光器根據(jù)設(shè)定的大步波長(zhǎng)掃描范圍進(jìn)行大步長(zhǎng)掃描，對(duì)輸出紅外激光采用基于CO₂氣體吸收池的飽和吸收法獲得大步波長(zhǎng)掃描范圍下的CO₂吸收譜；

1.2判斷大步波長(zhǎng)掃描范圍下的CO₂吸收譜中吸收峰數(shù)量，若吸收峰數(shù)量大于1，則調(diào)整大步波長(zhǎng)掃描范圍的起始波長(zhǎng)和終止波長(zhǎng)，但仍要求起始波長(zhǎng)和終止波長(zhǎng)位于CO₂吸收峰位置兩側(cè)，重新執(zhí)行步驟1，直至獲得具有單一吸收峰的CO₂吸收譜。