[發(fā)明專利]一種探測(cè)大氣水汽的微脈沖差分吸收激光雷達(dá)的發(fā)射機(jī)

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202011019521.3
• 申請(qǐng)日: 2020-09-25
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN112285674B
• 公開(kāi)（公告）日: 2022-11-11
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 洪光烈
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)科學(xué)院上海技術(shù)物理研究所
• 主分類號(hào): G01S7/484
• 分類號(hào): G01S7/484;G01S17/95
• 代理公司: 上海滬慧律師事務(wù)所 31311
• 代理人: 郭英

本發(fā)明公開(kāi)了一種探測(cè)大氣水汽的微脈沖差分吸收激光雷達(dá)的發(fā)射機(jī)，DFB半導(dǎo)體連續(xù)波激光基準(zhǔn)單元形成連續(xù)波激光穩(wěn)定的波長(zhǎng)基準(zhǔn)，DFB半導(dǎo)體連續(xù)波激光on單元和DFB半導(dǎo)體連續(xù)波激光off單元經(jīng)過(guò)2×1選通開(kāi)關(guān)分別被聲光調(diào)制器斬波成為重復(fù)頻率10kHz量級(jí)，脈沖寬度1μs以內(nèi)的脈沖激光，此小能量的脈沖激光再經(jīng)過(guò)Raman光纖放大器提高單脈沖能量；能量被Raman光纖放大器提高之后的脈沖激光，再由二倍頻器轉(zhuǎn)換成825.5±0.25nm的脈沖激光，最終脈沖激光能量達(dá)10μJ量級(jí)。其中，Raman光纖放大器的泵浦源由1540nm附近的大功率半導(dǎo)體激光器擔(dān)任。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于：系統(tǒng)激光波長(zhǎng)穩(wěn)定，系統(tǒng)成本低；發(fā)射脈沖的峰值功率小，符合人眼安全的需要。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種大氣水汽垂直廓線的光學(xué)遙感器，更涉及大氣水汽垂直廓線探測(cè)的差分吸收激光雷達(dá)，特別涉及到微脈沖差分吸收激光雷達(dá)的發(fā)射機(jī)。

背景技術(shù)

720nm-730nm波段最有代表性的差分吸收激光雷達(dá)，當(dāng)屬法國(guó)科學(xué)家DidierBruneau等研制的機(jī)載差分吸收激光雷達(dá)LEANDRE-II，可以探測(cè)對(duì)流層下半部分水汽混合比的垂直廓線，發(fā)射機(jī)是一個(gè)閃光燈泵浦的Alexandrite激光器，雙脈沖工作，雙波長(zhǎng)都位于727nm～736nm光譜范圍內(nèi)。激光脈沖能量50mJ，脈沖重復(fù)頻率10Hz，線寬為2.4×10^-2cm^-1，光譜純度大于99.99％，雙脈沖發(fā)射之間時(shí)間間隔50μs。LEANDRE-II差分吸收激光雷達(dá)的一個(gè)特征是，發(fā)射波長(zhǎng)由高精度波長(zhǎng)計(jì)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，此波長(zhǎng)計(jì)由穩(wěn)定632.991372nm的氦-氖激光器(型號(hào)Hewlett-Packard 5517B)為其提供基準(zhǔn)而進(jìn)行標(biāo)定，使其絕對(duì)精度在5×10^-3cm^-1以內(nèi)。

大氣水汽在817nm-820nm波段也有合適的吸收譜線，鈦寶石在該波段有較高的增益系數(shù)，所以德國(guó)Hohenheim大學(xué)的Gerd Wagner等科學(xué)家，在該波段開(kāi)發(fā)了車載的、三維掃描的、基于鈦寶石激光器作為發(fā)射機(jī)的差分吸收激光雷達(dá)，用以探測(cè)下對(duì)流層大氣水汽分布。動(dòng)態(tài)穩(wěn)定的、環(huán)形諧振腔，包括布儒斯特切角鈦寶石(Ti:sapphire)晶體，兩邊以二極管泵浦的Nd:YAG激光器二倍頻(532nm)泵浦。脈沖重復(fù)頻率250Hz，脈沖能量27mJ。諧振腔采取種子注入和相敏檢波的主動(dòng)穩(wěn)定技術(shù)。該型號(hào)(UHOH DIAL)差分吸收激光雷達(dá)一個(gè)特征，也采用了高精度波長(zhǎng)計(jì)(型號(hào)WS7，HighFinesse/Angstrom)作為波長(zhǎng)控制環(huán)的誤差測(cè)量裝置，一個(gè)穩(wěn)頻的氦-氖激光器(SL 03，SIOS Messtechnik GmbH)被作為波長(zhǎng)計(jì)的參照基準(zhǔn)。

1998年之后，G.Ehret等德國(guó)DLR(Deutsches Zentrumfür Luft-und Raumfahrt)的科學(xué)家，就報(bào)導(dǎo)了他們開(kāi)發(fā)了種子注入的Nd:YAG激光器的二倍頻532nm脈沖泵浦KTP非線性晶體組成的光參量振蕩器。在935nm附近輸出單縱模、窄線寬的脈沖激光，用差分吸收激光雷達(dá)探測(cè)大氣水汽廓線，不僅泵浦Nd:YAG激光器用種子注入，光參量振蕩器的諧振腔也用連續(xù)波半導(dǎo)體激光種子注入，這個(gè)波段水汽的吸收線比較強(qiáng)，因此更適合機(jī)載飛行試驗(yàn)探測(cè)，更有利于對(duì)流層上半部分和平流層底部相對(duì)干燥區(qū)域的大氣水汽探測(cè)。此波段的差分吸收激光雷達(dá)(WALES)也是采用了高精度波長(zhǎng)計(jì)(型號(hào)High Finesse WS7)作為其種子激光器波長(zhǎng)控制環(huán)的誤差測(cè)量裝置，波長(zhǎng)計(jì)的參照基準(zhǔn)為水汽自身多通道吸收池(型號(hào)NewFocus 5612，有效長(zhǎng)度100m，純凈水蒸氣壓力1200Pa)的強(qiáng)吸收譜線(935.607nm附近)。脈沖能量45mJ，脈沖重復(fù)頻率100Hz。