[發(fā)明專利]一種用于高光譜激光雷達的共焦激光鑒頻器

在審

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• 申請日: 2020-12-16
• 公開（公告）號: CN112415491A
• 公開（公告）日: 2021-02-26
• 發(fā)明（設計）人: 趙一鳴;宋長波;李飛;李祚涵;梅艷鵬;李之通;于勇
• 申請（專利權）人: 北京遙測技術研究所;航天長征火箭技術有限公司
• 主分類號: G01S7/487
• 分類號: G01S7/487
• 代理公司: 北京巨弘知識產權代理事務所(普通合伙) 11673
• 代理人: 王輝

本發(fā)明提供一種用于高光譜激光雷達的共焦激光鑒頻器，包括共焦腔鏡、壓電陶瓷、光電探測器和綜控電路，共焦腔鏡與壓電陶瓷組成使激光自再現(xiàn)的共焦腔；綜控電路通過控制壓電陶瓷步長控制共焦腔腔長，綜控電路用于接收光電探測器反饋的諧振信號并通過第一模式激光掃描和第二模式激光掃描雙重結合控制共焦腔腔長以對雷達探測到的回波光進行鑒頻，第二模式激光掃描的掃描范圍小于第一模式掃描的掃描范圍。本發(fā)明具有補償?shù)皖l噪聲和高頻噪聲的能力，具有高環(huán)境適應性、窄帶寬、高精度鑒頻的優(yōu)點，帶寬可以達到MHz量級。

技術領域

本發(fā)明涉及測量測試技術領域，具體涉及一種用于高光譜激光雷達的共焦激光鑒頻器。

背景技術

高光譜分辨率激光雷達技術(High-spectral-Resolution Lidar，HSRL)是在米散射雷達技術的基礎上發(fā)展而來的一種高精度氣溶膠探測技術，主要利用氣溶膠散射譜寬不同于其他散射譜，通過使用單頻率脈沖激光器，高分辨率的干涉儀、原子吸收濾光器或分子吸收濾光器等精細光譜分辨技術，從大氣散射信號中分離米散射和瑞利散射光譜(譜寬與大氣溫度有關)信號，不需要假設大氣的狀態(tài)，就可以直接導出消光系數(shù)。因此能夠克服單純米散射激光雷達的缺陷，從而達到精確探測氣溶膠光學特性的目的。高光譜分辨率激光雷達技術對分光系統(tǒng)精確度和中心譜線的穩(wěn)定度要求高，需要窄線寬的種子注入激光器，對激光波長的穩(wěn)定性要求較高，基于上述原因，提出高精度的鑒頻和鎖頻系統(tǒng)，實現(xiàn)高光譜探測。

傳統(tǒng)的鑒頻系統(tǒng)采用固定腔空氣隙Fabry-Perot標準具(F-P)的技術方案，F(xiàn)abry-Perot標準具主要由兩塊平行放置的平面玻璃板或石英板組成，兩板的內表面鍍反射膜。為了得到尖銳的干涉條紋，兩鍍膜面應保持平行。如果兩板之間的光程固定，稱為固定式Fabry-Perot標準具；如果兩板之間的光程可以調節(jié)，則稱為可調諧式Fabry-Perot標準具。

常規(guī)鑒頻器采用固定式Fabry-Perot標準具，無法實現(xiàn)透過率調節(jié)、帶寬調節(jié)、精細度調節(jié)等；而采用可調諧式Fabry-Perot標準具的鑒頻器通常采用調節(jié)標準具溫度或者角度實現(xiàn)透過率調節(jié)、帶寬調節(jié)、精細度調節(jié)等。采用上述兩種方法的常規(guī)鑒頻器非常容易受到外界環(huán)境影響，而且?guī)捴荒苓_到GHz量級。

發(fā)明內容

本發(fā)明是為了解決現(xiàn)有鑒頻器環(huán)境適應性差、精細度低、帶寬寬的問題，提供一種用于高光譜激光雷達的共焦激光鑒頻器，通過綜控電路控制，采用PZT實時控制雙波長鎖定共焦腔設計，實現(xiàn)低頻噪聲和高頻噪聲的補償，提高鑒頻器環(huán)境適應性，并在滿足高光譜雷達帶寬的前提下，實現(xiàn)高精度的鑒頻。具有補償?shù)皖l噪聲和高頻噪聲的能力，具有高環(huán)境適應性、窄帶寬、高精度鑒頻的優(yōu)點，帶寬可以達到MHz量級。

本發(fā)明提供一種用于高光譜激光雷達的共焦激光鑒頻器，包括共焦腔鏡，連接在共焦腔鏡一側的壓電陶瓷，設置在共焦腔鏡另一側的光電探測器和與壓電陶瓷、光電探測器均電連接的綜控電路；

共焦腔鏡包括平行放置的第一共焦腔鏡和第二共焦腔鏡，第一共焦腔鏡、第二共焦腔鏡為曲率相同并鍍有相同激光透過率介質膜的凹面鏡，第一共焦腔鏡、第二共焦腔鏡均放置在鏡片焦平面處并且與壓電陶瓷組成使激光自再現(xiàn)的共焦腔；

壓電陶瓷用于在綜控電路的控制下進行第一模式激光掃描和第二模式激光掃描，第二模式激光掃描的掃描范圍小于第一模式掃描的掃描范圍；

光電探測器用于監(jiān)測通過共焦腔的鎖頻激光并將產生的諧振信號反饋給綜控電路；

綜控電路用于通過控制壓電陶瓷步長控制共焦腔腔長，綜控電路用于接收光電探測器反饋的諧振信號并通過第一模式激光掃描和第二模式激光掃描雙重結合控制共焦腔腔長以對雷達探測到的回波光進行鑒頻。

本發(fā)明所述的一種用于高光譜激光雷達的共焦激光鑒頻器，作為優(yōu)選方式，鎖頻激光為單頻激光且沿垂直于共焦腔鏡方向入射，穿過壓電陶瓷和共焦腔，入射到光電探測器；