[發明專利]1548nm多普勒測風激光雷達發射激光波長絕對鎖定裝置及方法

有效

• 申請號: 202210436695.2
• 申請日: 2022-04-25
• 公開（公告）號: CN114527488B
• 公開（公告）日: 2022-09-09
• 發明（設計）人: 孫磊磊;方欣;王沖;李陶;竇賢康
• 申請（專利權）人: 中國科學技術大學
• 主分類號: G01S17/95
• 分類號: G01S17/95;G01S7/483
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司 11021
• 代理人: 吳夢圓

1.一種1548nm多普勒測風激光雷達發射激光波長絕對鎖定裝置，包括：

1548nm激光器，分兩路輸出激光，一路調制為脈沖激光以作為激光雷達發射光源，另一路為線偏振的連續波激光以作為連續波種子光；

電光調制器，用于基于第一調制信號對所述連續波種子光相位調制；

偏振調節模塊，用于將經所述相位調制后的所述連續波種子光進行偏振態調節，以輸出P偏振狀態的激光；

組合式法布里珀羅腔，包括：

兩片反射鏡，在所述兩片反射鏡之間形成共焦式法布里珀羅腔，用于使所述P偏振狀態的激光諧振產生諧振光，部分所諧振光作為反射光輸出至所述偏振調節模塊，另一部分所述諧振光作為透射光輸出；

乙炔氣體吸收池，位于所述兩片反射鏡之間，用于使所述諧振光產生在1548nm處具有飽和吸收峰的飽和吸收光譜，所述乙炔氣體吸收池的兩端為布儒斯特窗口，使所述P偏振狀態的激光以布儒斯特角入射；以及

腔長調制模塊，用于基于第二調制信號對所述共焦式法布里珀羅腔的腔長進行調制，以及基于第二控制信號對所述共焦式法布里珀羅腔的腔長進行調控；

兩個光電探測器，分別用于對所述偏振調節模塊輸出的所述反射光以及所述組合式法布里珀羅腔輸出的所述透射光進行光電轉換，得到反射信號和透射信號；

頻率鎖定模塊，用于將所述反射信號和第一調制信號進行混頻解調得到第一誤差信號，以及基于所述第一誤差信號向所述1548nm激光器反饋第一控制信號，以將激光頻率鎖定至所述共焦式法布里珀羅腔的共振模；以及

腔長鎖定模塊，用于將所述透射信號和第二調制信號在鎖相環電路中進行混頻解調得到飽和吸收光譜的一階微分信號以作為第二誤差信號，以及基于所述第二誤差信號向所述腔長調制模塊反饋所述第二控制信號，以將所述共焦式法布里珀羅腔的共振模鎖定至乙炔的所述飽和吸收峰；

其中，所述偏振調節模塊包括：二分之一波片，用于對所述電光調制器輸出的激光的偏振狀態進行調節；偏振分束鏡，用于將經所述二分之一波片輸出的激光調節為線偏振光，以及將所述組合式法布里珀羅腔輸出的反射光分離；以及法拉第旋光器，用于將所述偏振分束鏡輸出的線偏振光旋光后得到所述P偏振狀態的激光，以及將所述組合式法布里珀羅腔輸出的反射光旋光后輸出至所述偏振分束鏡。

2.根據權利要求1所述的1548nm多普勒測風激光雷達發射激光波長絕對鎖定裝置，其特征在于：

所述頻率鎖定模塊包括：

第一信號發生器，用于產生所述第一調制信號；

雙平衡混頻器，用于將所述反射信號和第一調制信號進行混頻解調得到第一誤差信號；以及

第一PID控制器，用于基于所述第一誤差信號生成向所述1548nm激光器反饋的所述第一控制信號；

所述腔長鎖定模塊包括：

第二信號發生器，用于產生所述第二調制信號；

鎖相放大器，用于將所述透射信號和第二調制信號混頻解調，以第二調制信號為參考信號從所述透射信號中解調出飽和吸收光譜信號的一階微分信號，以作為第二誤差信號；

第二PID控制器，用于基于所述第二誤差信號生成向所述腔長調制模塊反饋的所述第二控制信號；以及

加法器，用于將所述第二控制信號和所述第二調制信號相加后施加于所述腔長調制模塊。

3.根據權利要求2所述的1548nm多普勒測風激光雷達發射激光波長絕對鎖定裝置，其特征在于，所述1548nm多普勒測風激光雷達發射激光波長絕對鎖定模塊還包括：

采集模塊，用于采集所述雙平衡混頻器輸出的第一誤差信號和所述鎖相放大器輸出的第二誤差信號；

計算機控制模塊，用于根據所述采集模塊采集的第一誤差信號生成用于控制所述第一PID控制器的第一PID驅動信號，以及根據所述采集模塊采集的第二誤差信號生成用于控制所述第二PID控制器的第二PID驅動信號。

4.根據權利要求1所述的1548nm多普勒測風激光雷達發射激光波長絕對鎖定裝置，其特征在于，所述法拉第旋光器用于將入射的所述線偏振光和反射光分別旋光45°。

5.根據權利要求1所述的1548nm多普勒測風激光雷達發射激光波長絕對鎖定裝置，其特征在于，所述第一調制信號的調制頻率為第二調制信號的調制頻率的10倍以上。