[發明專利]用于水汽差分吸收激光雷達的光纖激光裝置及使用方法

在審

• 申請號: 202011354614.1
• 申請日: 2020-11-26
• 公開（公告）號: CN112505660A
• 公開（公告）日: 2021-03-16
• 發明（設計）人: 吳德成;劉東;鐘志慶;鄧遷;王英儉
• 申請（專利權）人: 中國科學院合肥物質科學研究院
• 主分類號: G01S7/484
• 分類號: G01S7/484;G01S17/95
• 代理公司: 合肥興東知識產權代理有限公司 34148
• 代理人: 王偉

本發明公開了一種用于水汽差分吸收激光雷達的光纖激光裝置及使用方法，裝置包括依次設置的第一DFB光纖激光器和第二DFB光纖激光器，作為種子激光光源；脈沖調制模塊，將種子激光光源輸出的連續光調制成設定重復頻率的脈沖激光；摻雜光纖放大器，用于將脈沖調制模塊輸出的脈沖激光進行放大；倍頻模塊，將放大后的脈沖激光進行倍頻。本發明利用兩個DFB光纖激光器作為種子激光并分時輸出，然后用脈沖調制模塊將DFB光纖激光器輸出的連續種子光調制成脈沖光，脈沖光經過摻雜光纖放大后倍頻，獲得脈沖能量幾十uJ的雙波長單縱模激光輸出，滿足水汽差分吸收激光雷達的應用需求。

技術領域

本發明涉及激光雷達技術領域，尤其涉及一種用于水汽差分吸收激光雷達的光纖激光裝置及使用方法。

背景技術

差分吸收激光雷達(Differential Absorption Lidar,DIAL)是利用被測對象在不同波長上的吸收強度差異來遙感測量其濃度的一種裝置。其基本原理是：向大氣發射兩束波長間隔很近的激光，一束激光的波長位于待測氣體的光譜吸收線上，記為λon，該激光被待測氣體強烈地吸收，稱為on-line；另一束激光的波長處于待測氣體的光譜吸收線翼上，記為λoff，該激光基本不被待測氣體吸收或吸收較弱，稱為off-line。由于兩束激光的波長間隔很近，所以可以認為大氣散射以及發射和接收系統對兩束激光的影響基本一樣，通過合理的波長選擇，避開其他氣體成分吸收的影響，從而可以利用兩束激光的回波信號將干擾量差分消去，并反演出待測氣體的濃度。與水汽拉曼激光雷達相比，差分吸收激光雷達的回波信號是由米散射和瑞利散射組成，回波信號強，使得水汽差分吸收激光雷達在白天也能具有較好的探測性能。

在差分吸收激光雷達中，早期采用鈦寶石激光器作為光源，利用光柵作為后腔鏡，通過調節光柵角度，分時輸出兩個差分吸收波長。鈦寶石激光器通常需要利用一臺YAG激光器作為泵浦源，導致系統成本高，并且系統體積和重量都比較大，還需要專業人員維護運行。

近幾年出現了以半導體激光器作為種子光，通過脈沖調制和放大后，得到雙頻窄線寬脈沖輸出。但是由于受到激光波長和增益介質的限制，其放大倍率有限，通常能夠得到幾個uJ的激光脈沖輸出，限制了激光雷達的探測能力。并且，種子源和各放大級間的耦合比較復雜。利用光參量振蕩器(OPO)對半導體激光器輸出的種子光進行放大時，需要一臺激光器泵浦OPO，系統成本高，并且系統體積和重量都比較大，需要專業人員維護運行。

發明內容

為了解決水汽差分吸收激光雷達中激光光源的問題，為此，本發明提供一種用于水汽差分吸收激光雷達的光纖激光裝置及使用方法。

為實現上述目的，本發明采用以下技術方案：

用于水汽差分吸收激光雷達的光纖激光裝置，包括依次設置的

第一DFB光纖激光器和第二DFB光纖激光器，作為種子激光光源；

脈沖調制模塊，將種子激光光源輸出的連續光調制成設定重復頻率的脈沖激光；

摻雜光纖放大器，用于將脈沖調制模塊輸出的脈沖激光進行放大；

倍頻模塊，將第一DFB光纖激光器輸出并放大的激光倍頻，得到波長位于水汽吸收線翼λoff上激光輸出；將第二DFB光纖激光器輸出并放大的激光倍頻，得到波長位于水汽吸收線λon上激光輸出。

第一種方案為：裝置包括兩套由脈沖調制模塊、摻雜光纖放大器、倍頻模塊的激光處理單元，分別用于處理第一DFB光纖激光器輸出的激光和第二DFB光纖激光器輸出的激光。

第二種方案為：裝置還包括光切換模塊，分時選通第一DFB光纖激光器和第二DFB光纖激光器輸出的種子激光，實現兩個波長的種子光交替輸出。

具體地說，還包括頻率鎖定模塊，用于鎖定第二DFB光纖激光器的輸出頻率。

具體地說，所述脈沖調制模塊為聲光調制器AOM或斬波器。