相干光路的分子散射多普勒激光雷達的制作方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及激光遙感、大氣探測、光電探測領域,尤其涉及一種相干光路的分子散射多普勒激光雷達。
【背景技術】
[0002]多普勒測風激光雷達以其高分辨率,高精度,大探測范圍,能提供三維風場信息的能力,引起了世界多個國家的關注和重視,并投入了大量的人力、物力進行研究。按照探測方式不同,多普勒測風激光雷達技術可分為相干技術和非相干(直接探測)技術.
[0003]相干光路的分子散射多普勒激光雷達具有成本低、可移動性強、高適應性等特點,在氣象科學、商業(yè)和軍事方面都有著廣泛的應用,前景十分廣闊,而且是星載測風激光雷達必經的前期階段。目前,國際上許多國家都在開展這方面的研究:
[0004]美國機載大氣風場相干測量傳感器(MACAWS)
[0005]機載大氣風場相干測量傳感器MACAWS (Mult1-center AirborneCoherentAtmospheric Wind Sensor)是一種利用機載脈沖多普勒激光雷達掃描測量對流層和同溫層三維風場及氣溶膠散射的測量系統(tǒng)。用于研究氣候和水文模型,以及對未來的星載多普勒測風激光雷達進行性能評估,并積累研制經驗。該系統(tǒng)是由NASA全球水文氣候研究中心的大氣遙感工作組、NASA馬歇爾空間飛行中心(MSFC)、NOAA環(huán)境技術實驗室(ETL)以及NASA噴氣動力實驗室(JPL)共同開發(fā)研制的,裝載于NASA的DC-8噴氣式飛機。系統(tǒng)的設計思路和儀器設備多是基于原有的實驗測量系統(tǒng)和車載多普勒激光雷達Windvan。
[0006]歐空局(ESA)德法合作機載相干測風激光雷達
[0007]德法合作開發(fā)的多普勒激光雷達用于測量中尺度大氣風場,該項目同時也是為ESA的ADM(Atmospheric Dynamic Miss1n)計劃中的星載測風激光雷達ALADIN系統(tǒng)作預研。該激光雷達系統(tǒng)采用10.64um波長激光器,激光的發(fā)射和接收在飛機底部,可以在與天底角夾角30度范圍內掃描,測得飛機飛行高度以下的三維風場。
[0008]美國NOAA 的相干 HRDL (High Resolut1n Doppler Lidar)系統(tǒng)
[0009]將改裝后的HRDL系統(tǒng)安裝在DLR的Falcon飛機上,一同與DLR-DIAL的水汽雷達系統(tǒng)進行了飛行測量測量實驗,目的在于測量邊界層的水平和垂直風速結構,以及測量水汽通量剖面。該系統(tǒng)采用波長為2.0218um的激光,脈沖能量為1.5mJ,激光的重復頻率為200Hz ο
[0010]由此可見,目前,國際上機載測風激光雷達大都采用相干Doppler測量,但相干測量只能測量氣溶膠粒子散射信號,無法在平流層等氣溶膠稀少的高層大氣進行風速測量。
【發(fā)明內容】
[0011]本發(fā)明的目的是提供一種相干光路的分子散射多普勒激光雷達,具有開發(fā)成本低、體積小的優(yōu)點。
[0012]本發(fā)明的目的是通過以下技術方案實現的:
[0013]—種相干光路的分子散射多普勒激光雷達,包括:可調諧脈沖激光器、第一與第二光纖分束器、擴束器、偏振分束器、λ/4波片、透射望遠鏡、匯聚透鏡與激光頻率測量裝置;其中:
[0014]所述可調諧脈沖激光器、第一光纖分束器、擴束器、偏振分束器、λ /4波片及透射望遠鏡依次相連;所述偏振分束器的一端還連有匯聚透鏡;所述第二光纖分束器的A端口與第一光纖分束器2相連,B端口與匯聚透鏡相連,接收匯聚透鏡匯聚的平行光束,C端口與激光頻率測量裝置相連。
[0015]所述可調諧脈沖激光器發(fā)射激光的波長包括:355nm、532nm、1064nm。
[0016]所述激光頻率測量裝置包括:
[0017]依次連接的雙通道Fabry-Perot標準具、光電探測器、數據采集卡、高速數據處理卡及工控機。
[0018]所述第一光纖分束器的分數比為9:1,經所述第一光纖分束器將可調諧脈沖激光器射出的激光分為兩束,其中能量較強的一束作為測量用的發(fā)射激光射入擴束器,另外一束則作為激光頻率測量和鎖定用光,經第二光纖分束器射入激光頻率測量裝置。
[0019]所述透射望遠鏡為收發(fā)同制的信號收發(fā)裝置,用于將激光發(fā)射至大氣中,并接收到后向散射信號。
[0020]由上述本發(fā)明提供的技術方案可以看出,一方面,采用可調諧脈沖光纖激光器,脈寬小、環(huán)境適應性強、體積小,保證了測量精度,大大降低了整個系統(tǒng)所占空間,可應用在對體積要求較高的場合,如機載等;另一方面,采用直接探測的方法,接收分子散射光做頻率分析,從而可測量氣溶膠稀少的高層大氣的風速。
【附圖說明】
[0021]為了更清楚地說明本發(fā)明實施例的技術方案,下面將對實施例描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹,顯而易見地,下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實施例,對于本領域的普通技術人員來講,在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下,還可以根據這些附圖獲得其他附圖。
[0022]圖1為本發(fā)明實施例提供的一種相干光路的分子散射多普勒激光雷達的結構示意圖。
【具體實施方式】
[0023]下面結合本發(fā)明實施例中的附圖,對本發(fā)明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述,顯然,所描述的實施例僅僅是本發(fā)明一部分實施例,而不是全部的實施例?;诒景l(fā)明的實施例,本領域普通技術人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例,都屬于本發(fā)明的保護范圍。
[0024]實施例
[0025]圖1為本發(fā)明實施例提供的一種相干光路的分子散射多普勒激光雷達的結構示意圖。如圖1所示,其主要包括:可調諧脈沖激光器1、第一與第二光纖分束器(2與8)、擴束器3、偏振分束器4、λ/4波片5、透射望遠鏡6、匯聚透鏡7與激光頻率測量裝置9 ;其中:
[0026]所述可調諧脈沖激光器1、第一光纖分束器2、擴束器3、偏振分束器4、λ /4波片5及透射望遠鏡6依次相連;所述偏振分束器4的一端還連有匯聚透鏡7 ;所述第二光纖分束器8的A端口與第一光纖分束器2相連,B端口與匯聚透鏡7相連,接收匯聚透鏡7匯聚的平行光束,C端口與激光頻率測量裝置9相連。
[0027]進一步的,所述可調諧脈沖激光器發(fā)射激光的波長包括:355nm、532nm、1064nm。
[0028]進一步的,所述激光頻率測量裝置包括:依次連接的雙通道Fabry-Perot標準具、光電探測器、數據采集卡、高速數據處理卡及工控機。
[0029]進一步的,所述第一光纖分束器2的分數比為9:1,經所述第一光纖分束器2將可調諧脈沖激光器射出的激光分為兩束,其中能量較強的一束作為測量用的發(fā)射激光射入擴束器3,另外一束則作為激光頻率測量和鎖定用光,經第二光纖分束器8射