[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

一種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，該裝置包括1548nm激光器，輸出連續波激光；電光調制器，基于第一調制信號對連續波激光進行相位調制；偏振調節模塊，調節連續波激光為P偏振狀態；組合式法布里珀羅腔，包括：共焦式法布里珀羅腔；乙炔氣體吸收池以及腔長調制模塊；兩個光電探測器，探測得到法布里珀羅腔的反射信號和透射信號；頻率鎖定模塊，將反射信號和第一調制信號混頻解調得到第一誤差信號；以及腔長鎖定模塊，將透射信號和第二調制信號混頻解調得到第二誤差信號，基于第一誤差信號和第二誤差信號進行反饋控制以將激光頻率鎖定至乙炔飽和吸收峰。本發明解決了1548nm激光器頻率漂移的問題，可實現大氣風場數據的精確測量。

技術領域

本發明涉及激光雷達技術領域，具體涉及一種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。

背景技術

激光雷達是一種先進的主動光學遙感儀器系統，具有時空分辨率高、測量精度高、探測距離遠等優點。在大氣探測方面，激光雷達可用于探測大氣風場和溫度場，云，臭氧，各類大氣成分含量等，并能對污染物進行監測。高精度，高時空分辨率的大氣參數對于研究大氣的動力學過程，天氣預報，建立大氣模型，氣象保障國防戰略武器等具有重要的作用。

多普勒測風激光雷達的測風原理為，向大氣發射激光脈沖，激光在傳播路徑上受到大氣氣溶膠粒子和大氣分子的散射，光學望遠鏡收集后向散射信號后輸入光學采集系統，通過分析發射激光的徑向多普勒頻移來反演風速。這種探測方法時空分辨率高、測量精度高，測量范圍廣。中國科學技術大學研制的微脈沖激光雷達采用人眼安全的1.5μm激光作為光源，其具有小型化、全光纖集成、低功耗、高穩定的優勢，可晝夜連續觀測，適合在機載、艦載、星載平臺的惡劣環境下運行。雖然采用1.5μm光源具有顯著優點，但是目前該激光雷達光源缺少絕對頻率參考，具體而言，激光雷達系統中使用的絕對頻率參考一般為原子或分子的無多普勒飽和吸收峰，例如鈉D2a峰可以將激光頻率絕對鎖定在589.158nm。但是1.5μm為近紅外區，沒有可用的原子飽和吸收峰。因此由于1.5μm激光雷達系統中缺少絕對頻率參考，因此種子光頻率的漂移會直接引入風速測量的誤差。

發明內容

有鑒于此，本發明的主要目的在于提供了一種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，以期至少部分地解決上述提及的技術問題中的至少之一。

為實現上述目的，本發明的技術方案如下：

根據本發明的一個方面，提供了一種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進行相位調制；偏振調節模塊，用于將經相位調制后的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所述布儒斯特窗口；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。