一種相干測風(fēng)激光雷達(dá)脈沖信號發(fā)射系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】一種相干測風(fēng)激光雷達(dá)信號發(fā)射系統(tǒng)，包括：光纖激光器、第一單模保偏光纖、光纖在線式起偏器、第二單模保偏光纖、2μm聲光移頻器、第三單模保偏光纖、斬波器和第四單模保偏光纖；激光信號依次經(jīng)過2μm光纖激光器、第一單模保偏光纖、光纖在線式起偏器和2μm聲光移頻器產(chǎn)生兩路激光信號，一路信號經(jīng)過斬波器和第四單模保偏光纖形成相干測風(fēng)激光雷達(dá)脈沖信號，另一路信號通過第三單模保偏光纖形成相干測風(fēng)激光雷達(dá)參考本振激光信號；本系統(tǒng)可以為2μm全光纖相干激光測風(fēng)雷達(dá)系統(tǒng)提供頻率穩(wěn)定且可調(diào)、脈沖重復(fù)頻率及脈寬可調(diào)的激光發(fā)射信號，結(jié)構(gòu)簡單，性能穩(wěn)定，易于工程實現(xiàn)。
【專利說明】一種相干測風(fēng)激光雷達(dá)脈沖信號發(fā)射系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種相干測風(fēng)激光雷達(dá)脈沖信號發(fā)射系統(tǒng),可以為2μηι全光纖相干激光測風(fēng)雷達(dá)系統(tǒng)提供頻率穩(wěn)定且可調(diào)、脈沖重復(fù)頻率及脈寬可調(diào)的激光發(fā)射信號，主要應(yīng)用于2 μ m全光纖相干測風(fēng)激光雷達(dá)系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]相干激光測風(fēng)雷達(dá)是進(jìn)行全球高精度與高分辨率大氣風(fēng)場測量的首選激光遙感儀器，被廣泛應(yīng)用于低空大氣層風(fēng)場、湍流、氣旋、局部雷暴等極端天氣測量領(lǐng)域。
[0003]全光纖2μπι激光發(fā)射系統(tǒng)以其結(jié)構(gòu)緊湊、激光技術(shù)成熟、激光波段人眼安全、處于大氣窗口內(nèi)等特點越來越受到國際上的青睞。激光發(fā)射是相干激光測風(fēng)雷達(dá)系統(tǒng)的關(guān)鍵組成部分，其性能特點直接決定了系統(tǒng)的探測能力。目前相干激光測風(fēng)雷達(dá)系統(tǒng)均采用脈沖體制的激光發(fā)射方式，該方式具有激光能量信號利用率高，可實現(xiàn)遠(yuǎn)距離激光測量目的。
[0004]2 μ m相干激光測風(fēng)雷達(dá)系統(tǒng)是基于氣溶膠的米氏后向散射機(jī)理，利用連續(xù)本振激光信號和脈沖激光回波信號的相互干涉實現(xiàn)多普勒風(fēng)速信息提取的。因此該相干激光測風(fēng)雷達(dá)系統(tǒng)對激光脈沖發(fā)射信號的相干一致性要求極為苛刻。影響激光發(fā)射信號相干性的主要來源就是激光器發(fā)射系統(tǒng)，目前的激光發(fā)射脈沖方式是通過在激光諧振腔中放置電光或聲光調(diào)Q開關(guān)，這種方式雖然可以實現(xiàn)單頻激光輸出，但是調(diào)節(jié)方式單一，對激光器要求比較高。因此急需一種簡單易操作的外部調(diào)制方式。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的技術(shù)解決問題是:克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供了一種相干測風(fēng)激光雷達(dá)脈沖信號發(fā)射系統(tǒng)，可以為2 μ m全光纖相干激光測風(fēng)雷達(dá)系統(tǒng)提供頻率穩(wěn)定且可調(diào)、脈沖重復(fù)頻率及脈寬可調(diào)的激光發(fā)射信號。
[0006]本發(fā)明的技術(shù)解決方案是:一種相干測風(fēng)激光雷達(dá)信號發(fā)射系統(tǒng)，包括:光纖激光器、第一單模保偏光纖、光纖在線式起偏器、第二單模保偏光纖、2 μ m聲光移頻器、第三單模保偏光纖、斬波器和第四單模保偏光纖；
[0007]2 μ m聲光移頻器包括輸入端口、O級衍射端口和I級衍射端口；其中O級衍射端口為頻率保持端口，而I級衍射端口為頻率調(diào)制端口 ；
[0008]斬波器包括輸入端口和外部驅(qū)動信號接口 ；
[0009]光纖激光器發(fā)射2 μ m連續(xù)激光信號，并通過第一單模保偏光纖輸出，2 μ m激光信號進(jìn)入到光纖在線式起偏器中，產(chǎn)生線偏振激光，然后通過2 μ m聲光移頻器的輸入端口進(jìn)入到2 μ m聲光移頻器；
[0010]調(diào)節(jié)頻率調(diào)制端口的電壓至5.2V，達(dá)到衍射效率最大值，從O級衍射端口和I級衍射端口輸出兩路激光信號；
[0011]I級衍射端口輸出的激光束經(jīng)第二單模保偏光纖輸出，經(jīng)斬波器的輸入端口進(jìn)入斬波器，外部驅(qū)動信號通過外部驅(qū)動信號接口進(jìn)入斬波器，通過調(diào)節(jié)外部驅(qū)動信號的周期和占空比，產(chǎn)生所需要的激光雷達(dá)信號，通過第四保偏單模光纖輸出，形成第一輸出信號，第一輸出信號為相干測風(fēng)激光雷達(dá)脈沖信號；0級衍射端口輸出的激光束經(jīng)由第三單模保偏光纖進(jìn)行輸出，形成第二輸出信號，第二輸出信號為相干測風(fēng)激光雷達(dá)參考本振激光信號。
[0012]所述第二輸出信號還可以通過以下方式產(chǎn)生:激光信號經(jīng)過設(shè)置在第一單模保偏光纖之后的光纖分束器產(chǎn)生分路激光信號，該分路激光信號經(jīng)過第五單模保偏光纖之后形成第二輸出信號，第二輸出信號為相干測風(fēng)激光雷達(dá)參考本振激光信號。
[0013]所述第二輸出信號還可以通過以下方式產(chǎn)生:激光信號經(jīng)過設(shè)置在第一單模保偏光纖之后的光纖分束器產(chǎn)生分路激光信號，該分路激光信號經(jīng)過第五單模保偏光纖之后，與由O級衍射端口輸出并在第三單模保偏光纖中傳輸?shù)募す庑盘柦?jīng)光纖合束器合束，形成第二輸出信號，第二輸出信號為相干測風(fēng)激光雷達(dá)參考本振激光信號。
[0014]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比的有益效果是:
[0015]( I)本發(fā)明采用了 2 μ m激光波段，該波段屬于人眼安全波段，并處于大氣窗口之內(nèi)，兼顧了安全性和工程實用性；
[0016](2)本發(fā)明采用2 μ m聲光移頻器對激光束進(jìn)行頻率調(diào)制，能同時輸出相干測風(fēng)激光雷達(dá)脈沖信號和為相干測風(fēng)激光雷達(dá)參考本振激光信號；
[0017](3)本發(fā)明中采用保偏單模光纖作為2 μ m激光的傳播介質(zhì)，有效地提高了 2 μ m激光的傳輸質(zhì)量，避免了偏振態(tài)的改變，同時使整套系統(tǒng)更加緊湊、便攜、輕量化；
[0018](4)本發(fā)明將斬波器用于將連續(xù)激光信號轉(zhuǎn)變?yōu)槊}沖激光信號，操作更簡單，可靠性更高，更易于工程實現(xiàn)；
[0019](5)本發(fā)明采用斬波器外接外部驅(qū)動信號，通過調(diào)節(jié)外部驅(qū)動信號的周期和占空t匕，可以為激光信號提供更寬的調(diào)制范圍。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0020]圖1為實施方式一的系統(tǒng)示意圖；
[0021]圖2為實施方式二的系統(tǒng)示意圖；
[0022]圖3為實施方式三的系統(tǒng)示意圖。
【具體實施方式】
[0023]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的【具體實施方式】進(jìn)行進(jìn)一步的詳細(xì)描述。
[0024]本發(fā)明提出了一種相干測風(fēng)激光雷達(dá)信號發(fā)射系統(tǒng)，包括:光纖激光器1、第一單模保偏光纖2、光纖在線式起偏器3、第二單模保偏光纖4、2 μ m聲光移頻器5、第三單模保偏光纖6、斬波器7-2和第四單模保偏光纖8 ；
[0025]2 μ m聲光移頻器5包括輸入端口 5_1、頻率調(diào)制端口 5_2、0級衍射端口 5_3和I級衍射端口 5-4 ;其中O級衍射端口 5-3為頻率保持端口，而I級衍射端口 5-4為頻率調(diào)制端口 ；
[0026]斬波器7-2包括輸入端口和外部驅(qū)動信號接口 7-1 ；
[0027]實施方式一:本實施方式如圖1所示，光纖激光器I發(fā)射2μπι連續(xù)激光信號，并通過第一單模保偏光纖2輸出，2 μ m激光信號進(jìn)入到光纖在線式起偏器3中，產(chǎn)生線偏振激光，然后通過2 μ m聲光移頻器5的輸入端口 5-1進(jìn)入到2 μ m聲光移頻器5 ；
[0028]調(diào)節(jié)頻率調(diào)制端口 5-2的電壓至5.2V，達(dá)到衍射效率最大值，輸出兩路激光信號；
[0029]I級衍射端口 5-4輸出的激光束經(jīng)第二單模保偏光纖4輸出，經(jīng)斬波器7-2的輸入端口進(jìn)入斬波器7-2，外部驅(qū)動信號通過外部驅(qū)動信號接口 7-1進(jìn)入斬波器7-2，通過調(diào)節(jié)外部驅(qū)動信號的周期和占空比，產(chǎn)生所需要的激光雷達(dá)信號，通過第四保偏單模光纖8輸出，形成第一輸出信號，第一輸出信號為相干測風(fēng)激光雷達(dá)脈沖信號；0級衍射端口 5-3輸出的激光束經(jīng)由第三單模保偏光纖6進(jìn)行輸出，形成第二輸出信號，第二輸出信號為相干測風(fēng)激光雷達(dá)參考本振激光信號。
[0030]實施方式二:本實施方式如圖2所示，光纖激光器I發(fā)射2 μ m連續(xù)激光信號，并通過第一單模保偏光纖2輸出，經(jīng)過光纖分束器9分為第一激光分路信號和第二激光分路信號，第一激光分路信號進(jìn)入到光纖在線式起偏器3中，產(chǎn)生線偏振激光，然后通過2 μ m聲光移頻器5的輸入端口 5-1進(jìn)入到2 μ m聲光移頻器5 ；
[0031]調(diào)節(jié)頻率調(diào)制端口 5-2的電壓至5.2V，達(dá)到衍射效率最大值，輸出兩路激光信號；
[0032]I級衍射端口 5-4輸出的激光束經(jīng)第二單模保偏光纖4輸出，經(jīng)斬波器7-2的輸入端口進(jìn)入斬波器7-2，外部驅(qū)動信號通過外部驅(qū)動信號接口 7-1進(jìn)入斬波器7-2，通過調(diào)節(jié)外部驅(qū)動信號的周期和占空比，產(chǎn)生所需要的激光雷達(dá)信號，通過第四保偏單模光纖8輸出，形成第一輸出信號，第一輸出信號為相干測風(fēng)激光雷達(dá)脈沖信號；
[0033]第二激光分路信號經(jīng)由第五單模保偏光纖10進(jìn)行輸出，形成第二輸出信號，第二輸出信號為相干測風(fēng)激光雷達(dá)參考本振激光信號。
[0034]實施方式三:本實施方式如圖3所示，光纖激光器I發(fā)射2 μ m連續(xù)激光信號，并通過第一單模保偏光纖2輸出，經(jīng)過光纖分束器9分為第一激光分路信號和第二激光分路信號，第一激光分路信號進(jìn)入到光纖在線式起偏器3中，產(chǎn)生線偏振激光，然后通過2 μ m聲光移頻器5的輸入端口 5-1進(jìn)入到2 μ m聲光移頻器5 ；
[0035]調(diào)節(jié)頻率調(diào)制端口 5-2的電壓至5.2V，達(dá)到衍射效率最大值，輸出兩路激光信號；
[0036]I級衍射端口 5-4輸出的激光束經(jīng)第二單模保偏光纖4輸出，經(jīng)斬波器7-2的輸入端口進(jìn)入斬波器7-2，外部驅(qū)動信號通過外部驅(qū)動信號接口 7-1進(jìn)入斬波器7-2，通過調(diào)節(jié)外部驅(qū)動信號的周期和占空比，產(chǎn)生所需要的激光雷達(dá)信號，通過第四保偏單模光纖8輸出，形成第一輸出信號，第一輸出信號為相干測風(fēng)激光雷達(dá)脈沖信號；
[0037]O級衍射端口 5-3輸出的激光束經(jīng)由第三單模保偏光纖6進(jìn)行輸出，經(jīng)光纖合束器11，與經(jīng)過第五保偏單模光纖10傳輸?shù)牡诙す夥致沸盘柡鲜?，形成第二輸出信號，第二輸出信號為相干測風(fēng)激光雷達(dá)參考本振激光信號。
[0038]本發(fā)明說明書中未作詳細(xì)描述的內(nèi)容屬于本領(lǐng)域?qū)I(yè)技術(shù)人員的公知技術(shù)。
【權(quán)利要求】
1.一種相干測風(fēng)激光雷達(dá)信號發(fā)射系統(tǒng)，其特征在于包括:光纖激光器(I)、第一單模保偏光纖(2)、光纖在線式起偏器(3)、第二單模保偏光纖(4)、2 μ m聲光移頻器(5)、第三單模保偏光纖(6 )、斬波器(7-2 )和第四單模保偏光纖(8 ); 2μ m聲光移頻器(5 )包括輸入端口( 5-1)、O級衍射端口( 5-3 )和I級衍射端口( 5_4 );其中O級衍射端口(5-3)為頻率保持端口，而I級衍射端口(5-4)為頻率調(diào)制端口 ； 斬波器(7-2)包括輸入端口和外部驅(qū)動信號接口( 7-1); 光纖激光器(I)發(fā)射2 μ m連續(xù)激光信號，并通過第一單模保偏光纖(2)輸出，2 μ m激光信號進(jìn)入到光纖在線式起偏器(3 )中，產(chǎn)生線偏振激光，然后通過2 μ m聲光移頻器(5 )的輸入端口(5-1)進(jìn)入到2μπι聲光移頻器(5)； 調(diào)節(jié)頻率調(diào)制端口(5-2)的電壓至5.2V，達(dá)到衍射效率最大值，從O級衍射端口(5-3)和I級衍射端口(5-4)輸出兩路激光信號； I級衍射端口(5-4)輸出的激光束經(jīng)第二單模保偏光纖(4)輸出，經(jīng)斬波器(7-2)的輸入端口進(jìn)入斬波器(7-2)，外部驅(qū)動信號通過外部驅(qū)動信號接口(7-1)進(jìn)入斬波器(7-2)，通過調(diào)節(jié)外部驅(qū)動信號的周期和占空比，產(chǎn)生所需要的激光雷達(dá)信號，通過第四保偏單模光纖(8)輸出，形成第一輸出信號，第一輸出信號為相干測風(fēng)激光雷達(dá)脈沖信號；0級衍射端口(5-3)輸出的激光束經(jīng)由第三單模保偏光纖(6)進(jìn)行輸出，形成第二輸出信號,第二輸出信號為相干測風(fēng)激光雷達(dá)參考本振激光信號。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種2μπι全光纖相干測風(fēng)激光雷達(dá)信號發(fā)射系統(tǒng)，其特征在于:所述第二輸出信號還可以通過以下方式產(chǎn)生:激光信號經(jīng)過設(shè)置在第一單模保偏光纖(2)之后的光纖分束器(9)產(chǎn)生分路激光信號，該分路激光信號經(jīng)過第五單模保偏光纖(10)之后形成第二輸出信號，第二輸出信號為相干測風(fēng)激光雷達(dá)參考本振激光信號。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種2μ m全光纖相干測風(fēng)激光雷達(dá)信號發(fā)射系統(tǒng)，其特征在于:所述第二輸出信號還可以通過以下方式產(chǎn)生:激光信號經(jīng)過設(shè)置在第一單模保偏光纖(2)之后的光纖分束器(9)產(chǎn)生分路激光信號，該分路激光信號經(jīng)過第五單模保偏光纖(10)之后，與由O級衍射端口(5-3)輸出并在第三單模保偏光纖(6)中傳輸?shù)募す庑盘柦?jīng)光纖合束器(11)合束，形成第二輸出信號，第二輸出信號為相干測風(fēng)激光雷達(dá)參考本振激光信號。
【文檔編號】G01S13/95GK103869301SQ201410119758
【公開日】2014年6月18日 申請日期:2014年3月27日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月27日
【發(fā)明者】高龍, 王遨游, 榮微, 孫瓊閣 申請人:北京空間機(jī)電研究所