[發明專利]一種探測大氣水汽的微脈沖差分吸收激光雷達的發射機

有效

• 申請號: 202011019521.3
• 申請日: 2020-09-25
• 公開（公告）號: CN112285674B
• 公開（公告）日: 2022-11-11
• 發明（設計）人: 洪光烈
• 申請（專利權）人: 中國科學院上海技術物理研究所
• 主分類號: G01S7/484
• 分類號: G01S7/484;G01S17/95
• 代理公司: 上海滬慧律師事務所 31311
• 代理人: 郭英

1.一種探測大氣水汽的微脈沖差分吸收激光雷達的發射機，包括DFB半導體連續波激光基準單元(1)，DFB半導體連續波激光on單元(2)，DFB半導體連續波激光off單元(3)，on/off選通開關(4)，聲光調制器(5)，Raman光纖放大器(6)，二倍頻器(7)，Raman光纖放大器的泵浦光源(8)；其特征在于：

所述的DFB半導體連續波激光基準單元(1)形成連續波激光穩定的波長基準，DFB半導體連續波激光on單元(2)當中的DFB半導體連續波激光的on波長和DFB半導體連續波激光基準單元(1)當中這個基準波長保持著長期穩定的波長差0.04nm，DFB半導體連續波激光off單元(3)當中的DFB半導體連續波激光的off波長和DFB半導體連續波激光基準單元(1)當中這個穩定的基準波長保持著長期穩定的波長差0.140nm；DFB半導體連續波激光on單元(2)和DFB半導體連續波激光off單元(3)經過on/off選通的2×1開關(4)，分別被聲光調制器(5)斬波成為重復頻率10kHz量級，脈沖寬度1μs以內的脈沖激光，此小能量的脈沖激光再經過Raman光纖放大器(6)提高單脈沖能量；能量被Raman光纖放大器(6)提高之后的脈沖激光，再由二倍頻器(7)轉換成825.5±0.25nm的脈沖激光，最終脈沖激光能量達10μJ量級；其中，Raman光纖放大器的泵浦源(8)由1540nm附近的大功率半導體激光器擔任；

所述的DFB半導體連續波激光基準單元(1)將第一個單縱模、連續波DFB半導體激光器的波長鎖定在甲烷的1650.958nm光譜吸收線上；單元包括第一DFB半導體激光器(1-1)、第一耦合器(1-2)、第二耦合器(1-3)、相位調制器(1-4)、甲烷氣體分子吸收池(1-5)、探測器(1-6)、第一混頻器(1-7)、第一低通濾波器(1-8)、模/數轉換器(1-9)、第一微處理器(1-10)、第一數/模轉換器(1-11)、第一DFB半導體激光器的注入電流和工作溫度控制器(1-12)部分,第一DFB半導體激光器(1-1)受到相位調制器(1-4)的調制，當第一DFB半導體激光器(1-1)波長等于甲烷氣體分子吸收線中心波長時，第一數/模轉換器(1-11)輸出的誤差信號為0.0；一旦當第一DFB半導體激光器(1-1)波長偏離甲烷氣體分子吸收線中心波長時，第一低通濾波器(1-8)輸出直流信號，此直流信號經過模/數轉換器(1-9)、第一微處理器(1-10)、第一數/模轉換器(1-11)之后，輸出補償信號，調節第一DFB半導體激光器的控制器(1-12)的注入電流和工作溫度，使其波長回歸甲烷氣體分子吸收線中心波長。

2.根據權利要求1所述的一種探測大氣水汽的微脈沖差分吸收激光雷達的發射機，其特征在于：

所述的DFB半導體連續波激光on單元(2)，包括第二DFB半導體激光器(2-1)、第三耦合器(2-2)、第四耦合器(2-3)、第一平衡探測器(2-4)、第二混頻器(2-5)、4.4GHz的第一高頻發生器(2-6)、第二低通濾波器(2-7)、第一鑒頻器(2-8)、第二微處理器(2-9)、第二數/模轉換器(2-10)、第二DFB半導體激光器的注入電流和工作溫度控制器(2-11)部分,以第一DFB半導體激光器(1-1)被鎖定的波長為基準，經過4.4GHz的偏頻控制，將第二DFB半導體激光器(2-1)的波長鎖定在1650.998nm波長(這是水汽吸收線online探測波長825.499nm的兩倍)；第四耦合器(2-3)和第二耦合器(1-3)分別從第二DFB半導體激光器(2-1)和第一DFB半導體激光器(1-1)各取樣一小部分激光由第一平衡探測器(2-4)外差檢測出這兩個激光的頻差信號，第一高頻發生器(2-6)產生穩定的4.4GHz的高頻信號，這兩個射頻信號通過第二混頻器(2-5)、第二低通濾波器(2-7)和第一鑒頻器(2-8)得到前面提及的兩個高頻信號的頻率差別，之后第二微處理器(2-9)、第二數/模轉換器(2-10)根據這個頻率差別的大小和正負，生成修正信號給注入電流和工作溫度控制器(2-11)，使得第二DFB半導體激光器(2-1)和第一DFB半導體激光器(1-1)連續波激光之間，頻率之差穩定在4.4GHz，也即波長之差穩定在0.04nm。

3.根據權利要求1所述的一種探測大氣水汽的微脈沖差分吸收激光雷達的發射機，其特征在于：

所述的DFB半導體連續波激光off單元(3)包括第三DFB半導體激光器(3-1)、第五耦合器(3-2)、第六耦合器(3-3)、第二平衡探測器(3-4)、第三混頻器(3-5)、15.4GHz的第二高頻發生器(3-6)、第三低通濾波器(3-7)、第二鑒頻器(3-8)、第三微處理器(3-9)、第三數/模轉換器(3-10)、第三DFB半導體激光器的注入電流和工作溫度控制器(3-11)；通過15.4GHz的偏頻控制，將第三DFB半導體激光器(3-1)的波長鎖定在1651.098nm，使得第三DFB半導體激光器(3-1)和第一DFB半導體激光器(1-1)連續波激光之間，頻率之差穩定在15.4GHz，也即波長之差穩定在0.14nm。