CN101825712A - 一种2μm全光纤相干激光多普勒测风雷达系统 - Google Patents

Abstract

一种2μm全光纤相干激光多普勒测风雷达系统，其系统由2μm离轴卡塞格伦光学天线系统、2μm激光光束分光系统、2μm种子注入激光器放大级、2μm监测探测器系统和2μm平衡式外差探测系统构成。弥补了自由空间光路存在环境干扰的缺陷，克服了散粒噪声对外差接收信噪比的影响，解决了2μm全光纤相干激光多普勒测风雷达系统全光纤小型化的问题，使2μm全光纤相干激光多普勒测风雷达系统结构更加紧凑，此外，本发明还具有激光对于人眼安全、光路采用柔性光纤器件连接、可操作性强、稳定性好、成本低、实时性好、有效测量距离远和测量(测速和测距)精度高等特点，在相干激光多普勒测风雷达领域具有很高的实用价值。

Description

一种2μm全光纤相干激光多普勒测风雷达系统

技术领域

本发明涉及一种相干激光多普勒测风雷达系统，特别是一种使用2μm单模光纤准直器的人眼安全的2μm全光纤相干激光多普勒测风雷达系统。

背景技术

传统的雷达系统结构都是采用自由空间光路结构，缺点是结构体积大，由于采用了大量的光学元件，其成本高，调节困难，稳定性差，可操作性不强，并且需要反复的校准调节。

随着激光技术和光通讯技术的迅速发展，特别是光纤技术的迅速发展，给激光雷达系统结构优化带来了契机。因此，很多国内外科研工作者都把目光转移到了光纤技术上，希望通过低成本，高光束传输质量的光纤器件来解决传统雷达系统结构存在的种种问题。

直至现在，国内外学者已经提出了多种技术方案，特别是光通信波段的雷达系统结构已经充分达到了全光纤化和小型化的要求，而对于常用的光通讯波段1.5μm雷达系统，其主要优点是人眼可承受的光强要比2μm处高10倍以上。但这种激光器技术不太成熟，有效测量距离近，效率低，使得光通信波段的雷达系统未能得到广泛的应用。

近十年来，2μm激光器得到了飞速发展。2μm激光器主要特点是：系统无需制冷，泵浦能量耦合效率高，稳定性强，光束质量好，寿命长，结构紧凑。尤其是2μm左右的二极管泵浦固体激光器是相干激光雷达的最佳匹配。为了提高对小尺度涡流扰动测量的分辨率和分析精度，促进了2μm相干激光雷达的发展，目前，美国、英国、德国、法国、荷兰、爱尔兰、日本等国都致力于2μm固体激光器、探测器、光学系统及其性能测试和测量地球大气、地球风场等应用方面的研究，这使得2μm相干激光多普勒测风雷达成为了国内外研究热点。

但是，2μm光纤器件的发展比较落后，没有跟上2μm激光器技术发展的步伐。因此，目前的2μm相干激光多普勒测风雷达系统的结构都存在各自的问题，即没有完全解决接收光学系统的全光纤小型化问题，不能满足目前车载、空载和星载2μm相干激光多普勒测风雷达系统小型化的要求。

总之，现有的2μm相干激光多普勒测风雷达系统结构优化的技术方案都存在或多或少的不足，无法同时达到成本低、人眼安全、稳定性好、实时性好、可操作性强、有效测量距离远、测量(测速和测距)精度高和全光纤小型化的要求。

发明内容

因此，本发明的任务是提供一种使用2μm单模光纤准直器的人眼安全2μm相干激光多普勒测风雷达系统。

本发明提供了一种2μm全光纤相干激光多普勒测风雷达系统，其特征在于：2μm全光纤相干激光多普勒测风雷达系统包括该2μm收发合置离轴卡塞格伦光学天线系统、2μm激光光束分光系统、2μm线偏振种子注入激光器放大级、2μm监测探测器系统和2μm平衡式外差探测系统。所述2μm平衡式外差探测系统包括2μm平衡式InGaAs光电探测器、2μm单模光纤准直器和光纤合束器。所述的2μm单模光纤准直器由梯度折射率透镜、玻璃套管、金属套管、光纤插针和单模光纤尾纤构成。其中，单模光纤尾纤穿入并固定在插针中心，将插针表面进行抛光处理后，将梯度折射率透镜和光纤插针一起放入玻璃套管中实现对准，同时金属套管将套在玻璃套管外面，起到保护作用。所述梯度折射率透镜和光纤插针端面采用斜面、球形连接，接触端的中央部分保持球面，端面的其它部分加工成斜面，使端面与光纤轴线的夹角小于90°，这样可以增加接触面积，使光耦合更加紧密。当端面与光纤轴线夹角为8°时，插入损耗小于0.5dB，斜面抛光后反射损耗可达68dB，极好地隔离了后向散射光对激光器影响。同时，插针的外组件采用金属或非金属的材料制作，插针与梯度折射率透镜接触的斜面必须进行研磨处理，另一端通常采用弯曲限制构件来支撑光纤或光纤软缆以释放应力。2μm光纤准直器外径为15mm，有效通光口径10mm，长为50mm，对于准平行光的耦合效率为86％左右。当2μm连续线偏振种子激光器发射的激光通过在线式光纤分束器后分成两束，其中一束种子光作为本振光，本振光被在线式光纤分束器分成两束；另一束种子光经2μm全光纤声光移频器移频后注入到2μm线偏振脉冲激光放大级中，经放大级放大的线偏振激光通过2μm分光镜分成两束，反射光被2μm单模准直器耦合进入光纤与一束本振光通过合束器合束后注入到2μm监测探测器中；而透射光被预扩束系统扩束，扩束的线偏振光经2μm强激光立方体偏振分光棱镜和四分之一波片后入射，到光学天线的次镜反射面上，之后线偏振光又被次镜反射到主镜反射面上，最终射向大气；被大气后向散射的光又依次经望远镜主镜、次镜、四分之一波片后被2μm强激光立方体偏振分光棱镜反射，反射光经二分之一波片后被2μm单模光纤准直器耦合进入光纤，进入光纤的线偏振激光与另一束本振光通过在线式光纤合束器合束后注入到2μm平衡式探测器中。

上述的2μm全光纤相干激光多普勒测风雷达系统中，所述2μm离轴卡塞格伦光学天线系统包括光学天线主镜和次镜，主镜有效口径150mm，次镜有效口径10mm，主镜离轴量为190mm，次镜离轴量12.67mm。

上述的2μm全光纤相干激光多普勒测风雷达系统中，所述光学天线主镜和次镜反射部分表面镀有增加激光光束反射效率的高反膜。

进一步地，所述的2μm全光纤相干激光多普勒测风雷达系统中，所述光学天线主镜和次镜反射部分表面的面型一般为球面、椭球面、双曲面和抛物面。

上述的2μm全光纤相干激光多普勒测风雷达系统中，所述2μm激光光束分光系统包括2μm强激光立方体偏振分光棱镜、四分之一波片和二分之一波片，所述2μm强激光立方体偏振分光棱镜的分光面镀有多层特殊偏振膜。

进一步地，所述多层特殊偏振膜对S偏振光全透，对P偏振光全反。

上述的2μm全光纤相干激光多普勒测风雷达系统中，所述2μm种子注入激光器放大级包括2μm连续线偏振激光种子源、2μm线偏振脉冲激光放大器、2μm在线式光纤分束器和2μm分束镜。

上述的2μm全光纤相干激光多普勒测风雷达系统中，所述2μm监测探测器系统包括2μmInGaAs光电探测器、光纤合束器和2μm光纤准直器。

上述的2μm全光纤相干激光多普勒测风雷达系统中，所述2μm平衡式InGaAs光电探测器可以达到衍射极限水平，充分消除散粒噪声对外差信噪比的影响。

采取上述技术方案，可以成功地弥补了自由空间光路存在环境干扰的缺陷，克服了散粒噪声对外差探测信噪比的影响，而且成功地解决了2μm全光纤相干激光多普勒测风雷达系统全光纤小型化的问题，使2μm全光纤相干激光多普勒测风雷达系统结构更加紧凑，此外，本发明同时具有激光对于人眼安全、光路采用柔性光纤器件连接、可操作性强、

稳定性好、成本低、实时性好、有效测量距离远和测量(测速和测距)精度高等特点，在相干激光多普勒测风雷达领域具有很高的实用价值。

附图说明

以下，结合附图来详细说明本发明的实施例，其中：

图1是2μm离轴卡塞格伦光学天线系统结构示意图；

图2是2μm分光系统结构示意图；

图3是2μm脉冲激光器结构示意图；

图4是2μm单模光纤准直器结构示意图；

图5是2μm平衡式光电探测器结构示意图；

图6是2μm全光纤相干激光多普勒测风雷达一种结构示意图；

图7是使用2μm单模光纤准直器直接耦合微弱回波信号的2μm全光纤相干激光多普勒测风雷达结构示意图；

图8是使用四分之一波片与2μm强激光立方体偏振分光棱镜相互胶合结构的2μm全光纤相干激光多普勒测风雷达结构示意图；

图9是使用四分之一波片和二分之一波片与2μm强激光立方体偏振分光棱镜相互胶合结构的2μm全光纤相干激光多普勒测风雷达结构示意图；

图10是使用四分之一波片与2μm强激光立方体偏振分光棱镜相互胶合且微弱回波信号经二分之一波片后被2μm单模光纤准直器耦合的2μm全光纤相干激光多普勒测风雷达结构示意图。

具体实施方式

图1是2μm离轴卡塞格伦光学天线系统结构示意图。包括光束转折器45°平面反射镜101和102、光学天线主镜103、次镜104和大气105。所述光学天线采用收发合置的离轴卡塞格伦的双发射式结构，双反射系统中采用二次曲面来达到消除各种初级象差，发射系统的参数设计主要考虑激光的光束截断以及激光照射到目标后的散斑效应。发射光学天线系统的发射光束直径10mm，发射光学天线系统放大倍数为15倍，主镜口径为160mm，有效口径为150mm；次镜口径为12.7mm，有效孔径为10mm。主镜103和次镜104都选用的非球面面型均为二次抛物面。主镜103面型为抛物面，主镜103顶点曲率半径1500mm，主镜的离轴量为190mm，次镜104面型同样为抛物面，次镜104顶点的曲率半径100mm，次镜104的离轴量为12.67mm。系统视场角为0.1mrad，达到了衍射极限水平；接收光学天线有效主口径为150mm，瞬时视场角与相干接收视场角匹配2ω＝0.017mrad，系统有效焦距f′＝4500mm，成像质量要求达到衍射极限水平，波前畸变要求小于λ/20；当光学天线系统的有效口径为150mm，波长为2μm，作用距离为R＝1□10km时，在弱湍流

情况下，系统的天线效率为0.51，在强湍流

下，系统的天线效率为0.03。其中，光学天线主镜103由特殊材料制成，所述特殊材料包括玻璃、融石英、硅片、透明塑料和热膨胀系数小的金属材料，其主镜反射表面镀有增加激光器输出激光束反射效率的高反膜，反射表面面型为双曲面，也可以根据具体需要制成球面、椭球面和抛物面。光学天线次镜104由特殊材料制成，所述特殊材料包括玻璃、融石英、硅片、透明塑料和热膨胀系数小的金属材料，其次镜反射表面镀有增加激光器输出激光束反射效率的高反膜，次镜104反射表面面型为抛物面，同样可以实际需要制成球面、椭球面和双曲面。光束转折器45°平面反射镜101和102表面镀有增加激光光束反射效率的高反膜。当激光入射到45°平面反射镜101上时，细心调节使其法线方向与入射光光轴方向成45°时入射光被反射到45°平面反射镜102上，同样调节后使其反射光入射到光学天线次镜104的反射面上，被次镜104反射的光又入射到光学天线主镜103反射面上，被主镜103反射的光直接射向大气。

图2是2μm分光系统结构示意图。包括预扩束器201、2μm强激光立方体偏振分光棱镜202、四分之一波片203、二分之一波片204、光学天线205和大气206。其中，2μm强激光立方体偏振分光棱镜202的分光部分表面207镀有特殊的偏振膜，此偏振膜的特点是针对特定S偏振光全反，与其特定S偏振方向正交的P偏振光则全透，2μm强激光立方体偏振分光棱镜由高透过率材料制成，所述的高透过率材料包括K9玻璃、融石英、CaF₂、MgF₂、ZnSe、锗片和硅片等，其结构通常为平板型和立方体型，可以根据具体需要任意选型。当入射S偏振光经预扩束器扩束后入射到分光面207时，调节偏振分光镜的分光面位置，使其绝大部分光透射，透射的S偏振光经过四分之一波片203变成圆偏振光，此圆偏振光通过光学天线后进入大气206，经过大气206后向散射的圆偏振光经相同的四分之一波片203，由于其偏振方向发生了变化，变成了P偏振光，当入射到分光面207上时反射膜起主导作用，绝大部分光被反射，反射线偏振光正入射到二分之一波片204进行偏振态校正后又变成S偏振光。

图3是2μm脉冲激光放大级结构示意图。包括2μm连续激光种子源301、2μm激光脉冲放大器302、2μm全光纤声光移频器303、2μm在线式光纤分束器304及305、2μm分光镜307和预扩束器306。其中，2μm连续激光种子源301为窄线宽高光束质量的单频2μm半导体激光器，其频率和功率稳定性极高，一般都在3％以内，能够确保后续的放大过程有良好的饱和度、大的信噪比以及较低低的相对强度噪声。2μm脉冲激光放大器302为2μm光纤激光放大器，是一个对种子源激光模块进行全光纤放大的解决方案，该放大器302采用了种子源注入和高功率放大器的主振荡功率放大器(MOPA)结构，当放大器302输出不同的功率时，从MOPA输出的光信号仍然保持着种子光信号的窄线宽和低噪声。2μm分光镜由透明材料制成，所述透明材料包括K9玻璃、融石英、硅片等，其表面的反射部分镀有增加激光束反射效率的高反膜，透射部分镀有增加激光束透射效率的增透膜。2μm全光纤声光移频器303是基于布拉格衍射原理制成的，其在射频驱动器的作用下可以对入射光进行频率调制，使一级光衍射频率产生频移。当2μm连续激光种子源301激光器发射激光经过2μm在线式光纤分束器305分束后，一束进入2μm在线式光纤分束器304，另一束则进入2μm全光纤声光移频器303中，2μm全光纤声光移频器303在射频驱动器作用下工作，产生一级衍射光，一级衍射光注入到2μm激光脉冲放大器302中，经功率放大后的线偏振光被2μm分光镜307分成一束反射光和一束透射光，通常透射光的效率较高，在99％左右，透射光可以经过与扩束器306扩束。

图4是2μm单模光纤准直器结构示意图。该光纤准直器包括光纤尾纤401、光纤插针402、金属套管403、梯度折射率透镜404、玻璃套管407、和光纤连接器406。其中，单模光纤尾纤401穿入并固定在插针402中心，将插针402表面进行抛光处理后，将梯度折射率透镜404和光纤插针402一起放入玻璃套管中实现对准，同时金属套管将套在玻璃套管外面，起到保护作用。所述梯度折射率透镜404和光纤插针402端面采用斜面、球形连接，接触端的中央部分保持球面，端面的其它部分加工成斜面，使端面与光纤轴线的夹角小于90°，这样可以增加接触面积，使光耦合更加紧密。当端面与光纤轴线夹角为8°时，插入损耗小于0.5dB，斜面抛光后反射损耗可达68dB，极好地隔离了后向散射光对激光器影响。同时，插针402的外组件采用金属或非金属的材料制作，插针402与梯度折射率透镜404接触的斜面必须进行研磨处理，另一端通常采用弯曲限制构件来支撑光纤或光纤软缆以释放应力。梯度折射率透镜404由透明材料制成，所述透明材料包括硅片和氧化物玻璃等，其梯度折射率透镜404的入射端面形状为球面，也可以根据实际需要制成平面、椭球面、锥面和楔形面，梯度折射率透镜的两个端面镀有增加测试光源发射光束透射效率的增透膜。玻璃套管407由透明材料制成，所述透明材料包括K9玻璃、融石英、透明塑料和陶瓷。金属套管403由金属材料制成，所述金属材料包括金、铜、铝、钢等。系统所用2μm光纤准直器外径为15mm，有效通光口径10mm，长为50mm，对于准平行光的耦合效率为86％左右。将各器件按照图4所示组装好，当激光入射到梯度折射率透镜404表面时，细心调节准直器的位置，可以找到耦合效率最大的位置。

图5是2μm平衡式光电探测器结构示意图。如图5(b)所示包括信号光510、本振光511、光电探测器512和513、前置放大器514和515、滤波器516和517、加法器或差分器518、中频电流519及分束器520。2μm平衡式光电探测器依据平衡式外差监测理论：

$I_{\mathrm{IF}}=I_{P1}-I_{P2}=2R\sqrt{P_s{P}_{\mathrm{lo}}}\cos [-({\mathrm{\ω}}_s-{\mathrm{\ω}}_{\mathrm{lo}})t+\mathrm{\Δ\φ}]+i_{n1}\left(t\right)-i_{n2}\left(t\right)---\left(1\right)$

设计而成。其中，i_n1(t)、i_n2(t)——分别表示两支路中的散粒噪声电流。所用2μm平衡式光电探测器光敏面口径为1mm左右，带宽150MHz，灵敏度0.65A/W，可以达到衍射极限水平，充分消除散粒噪声对外差信噪比的影响。

当在一个探测单元上同时制作两个参数几乎完全相同的PIN光电二极管时，入射的信号光510和本振光分别经过分束器520分为两束，然后分别入射到两个参数匹配的两个反向(或同向时，在其中一路加入一个180°移相器)光电探测器513和514光敏面上进行光混频，各自产生外差信号，分别通过前置放大器514和515后进入各自光路中的滤波器516和517，最后经滤波的两路外差信号的中频电流经加法器518(或差分器)输出平衡外差中频电流信号I_out。平衡接收机与单探测器接收机相比，有两个重要的优点：①能有效的抑制本振激光过剩强度的噪声，提高系统的灵敏度；②能充分利用本振激光器的能量。

图6是2μm全光纤相干激光多普勒测风雷达结构示意图。包括2μm连续线偏振激光种子源601、2μm线偏振脉冲激光放大器602、2μm全光纤声光移频器603、在线式光纤分束器604及605、2μm分光镜606、2μm单模光纤准直器607、预扩束器608、2μm强激光立方体分光棱镜609、四分之一波片610、2μm离轴卡塞格伦光学天线系统次镜611、主镜612、二分之一波片613、2μm单模光纤准直器614、在线式光纤合束器615及616、2μm监测探测器617和2μm平衡式外差探测器618。

在收发合置的离轴卡塞格伦光学天线调试完毕之后，2μm连续线偏振种子激光器601发射的激光通过在线式光纤分束器604后分成两束，其中一束种子光作为本振光，本振光被在线式光纤分束器605分成两束；另一束种子光经2μm全光纤声光移频器603后注入到2μm线偏振脉冲激光放大器602中，经放大器放大的线偏振激光通过2μm分光镜606分成两束，反射光被2μm单模准直器607耦合进入光纤与一束本振光通过在线式光纤合束器615合束后注入到2μm监测探测器617的光敏面上，用来监测种子源激光器频率的稳定性；而透射光被预扩束器608扩束，扩束的线偏振光经2μm强激光立方体偏振分光棱镜609和四分之一波片610后入射到光学天线的次镜611反射面上，之后线偏振光又被次镜反射到主镜617反射面上，最终射向大气；被大气后向散射的光又依次经望远镜主镜611、次镜612、四分之一波片610后被2μm强激光立方体偏振分光棱镜609反射，反射光经二分之一波片613后被2μm单模光纤准直器614耦合进入光纤，进入光纤的线偏振激光与另一束本振光通过在线式光纤合束器616合束后注入到2μm平衡式探测器618光敏面上，通过示波器可以观察外差信号的波形，然后经后续的信号处理既可以反演出风场的相关信息。

其中，本振光要求是连续的，因此，在2μm连续种子源激光器601分出一路做本振光，分别与脉冲激光放大器602和回波信号光进行拍频，从而观察外差信号波形。

激光器发射系统采用的种子注入放大方式，性能良好的激光器种子源601注入到脉冲调制放大器602中，经过放大的脉冲激光通过收发合置的离轴卡塞格伦光学天线发射到大气中，之后与大气中的气溶胶粒子相互作用产生后向散射携带大气多普勒频移信息的回波信号，其又经过收发合置离轴卡塞格伦光学天线接收，然后与本振光进行外差来获取多普勒频移信息，当观察到外差信号频域波形之后，便可以通过数据信号处理系统进行实时的大气风场数据采集，从而根据多普勒频移来反演出三维风场信息和风切变的变化规律。

图7是使用2μm单模光纤准直器直接耦合微弱回波信号的2μm全光纤相干激光多普勒测风雷达结构示意图。图7与图6工作过程基本相同，只是在考虑大气后向散射信号极弱，因此在回波光路中去掉二分之一波片，把其移到本振光光路中，目的是减少二分之一波片的插入损耗，增加信号光的利用率。这样回波依次经过光学天线720、45°平面反射镜710及709、四分之一波片708和2μm强激光立方体偏振分光棱镜707后直接通过2μm单模光纤准直器耦合到单模光纤中；而本振光经在线式光纤分束器704分束后，在其中一光路中插入两个2μm单模光纤准直器715和716及二分之一波片717，由于本振光比较强，所以耦合到光纤线芯中的光功率还是较强的，这样不仅可以保证信号光和本振光偏振态相同，而且可以与回波信号拍频，完成平衡式外差探测。

图8是使用四分之一波片与2μm强激光立方体偏振分光棱镜相互胶合结构的2μm全光纤相干激光多普勒测风雷达结构示意图。图8与图7工作过程基本相同，只是光路中采用了四分之一波片808与2μm强激光立方体偏振分光棱镜807胶合的结构来节省空间，不仅有利于四分之一波片和2μm强激光立方体偏振分光棱镜的调节，同时还有助于接收系统小型化。

图9是使用四分之一波片和二分之一波片与2μm强激光立方体偏振分光棱镜相互胶合结构的2μm全光纤相干激光多普勒测风雷达结构示意图。这种方案和图6的工作过程相同，差别在于将二分之一波片和四分之一波片与2μm强激光立方体偏振分光棱镜胶合在了一起使用，这样的好处是既节省了很大的调节空间，同时对于2μm强激光立方体偏振分光棱镜和波片的装调也比较容易，同图8相比较更加容易实现系统小型化的要求。

图10是使用四分之一波片与2μm强激光立方体偏振分光棱镜相互胶合且微弱回波信号经二分之一波片后被2μm单模光纤准直器耦合的2μm全光纤相干激光多普勒测风雷达结构示意图。图10与图6工作过程基本相同，这里就不再赘述，差别在于将四分之一波片与2μm强激光立方体偏振分光棱镜胶合在了一起使用，并且节省了两个2μm单模光纤准直器，这样不仅节省了调节空间，同时节省了成本。

最后应说明的是，以上各附图中的实施例仅用以说明本发明的2μm全光纤相干激光多普勒测风雷达系统的结构和技术方案，但非限制。尽管参照实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，都不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (8)

1.一种2μm全光纤相干激光多普勒测风雷达系统，其特征在于：2μm全光纤相干激光多普勒测风雷达系统包括该2μm收发合置离轴卡塞格伦光学天线系统、2μm激光光束分光系统、2μm线偏振种子注入激光器放大级、2μm监测探测器系统和2μm平衡式外差探测系统。所述2μm平衡式外差探测系统包括2μm平衡式InGaAs光电探测器、2μm单模光纤准直器和光纤合束器。所述的2μm单模光纤准直器由梯度折射率透镜、玻璃套管、金属套管、光纤插针和单模光纤尾纤构成。其中，单模光纤尾纤穿入并固定在插针中心，将插针表面进行抛光处理后，将梯度折射率透镜和光纤插针一起放入玻璃套管中实现对准，同时金属套管将套在玻璃套管外面，起到保护作用。所述梯度折射率透镜和光纤插针端面采用斜面、球形连接，接触端的中央部分保持球面，端面的其它部分加工成斜面，使端面与光纤轴线的夹角小于90°，这样可以增加接触面积，使光耦合更加紧密。当端面与光纤轴线夹角为8°时，插入损耗小于0.5dB，斜面抛光后反射损耗可达68dB，极好地隔离了后向散射光对激光器影响。同时，插针的外组件采用金属或非金属的材料制作，插针与梯度折射率透镜接触的斜面必须进行研磨处理，另一端通常采用弯曲限制构件来支撑光纤或光纤软缆以释放应力。2μm光纤准直器外径为15mm，有效通光口径10mm，长为50mm，对于准平行光的耦合效率为86％左右。当2μm连续线偏振种子激光器发射的激光通过在线式光纤分束器后分成两束，其中一束种子光作为本振光，本振光被在线式光纤分束器分成两束；另一束种子光经2μm全光纤声光移频器移频后注入到2μm线偏振脉冲激光放大级中，经放大级放大的线偏振激光通过2μm分光镜分成两束，反射光被2μm单模准直器耦合进入光纤与一束本振光通过合束器合束后注入到2μm监测探测器中；而透射光被预扩束系统扩束，扩束的线偏振光经2μm强激光立方体偏振分光棱镜和四分之一波片后入射，到光学天线的次镜反射面上，之后线偏振光又被次镜反射到主镜反射面上，最终射向大气；被大气后向散射的光又依次经望远镜主镜、次镜、四分之一波片后被2μm强激光立方体偏振分光棱镜反射，反射光经二分之一波片后被2μm单模光纤准直器耦合进入光纤，进入光纤的线偏振激光与另一束本振光通过在线式光纤合束器合束后注入到2μm平衡式探测器中。

2.根据权利要求1所述的2μm全光纤相干激光多普勒测风雷达系统，其特征在于，所述2μm离轴卡塞格伦光学天线系统包括光学天线主镜和次镜，主镜有效口径150mm，次镜有效口径10mm，主镜离轴量为190mm，次镜离轴量12.67mm。

3.根据权利要求2所述的2μm全光纤相干激光多普勒测风雷达系统，其特征在于，所述光学天线主镜和次镜反射部分表面镀有增加激光光束反射效率的高反膜。

4.根据权利要求2所述的2μm全光纤相干激光多普勒测风雷达系统，其特征在于，所述光学天线主镜和次镜反射部分表面的面型为抛物面、椭球面、双曲面和球面。

5.根据权利要求1所述的2μm全光纤相干激光多普勒测风雷达系统，其特征在于，所述2μm激光光束分光系统包括2μm强激光立方体偏振分光棱镜、四分之一波片和二分之一波片。

6.根据权利要求1所述的2μm全光纤相干激光多普勒测风雷达系统，其特征在于，所述2μm种子注入激光器放大级包括2μm连续线偏振激光种子源、2μm线偏振脉冲激光放大级、2μm全光纤声光移频器、2μm在线式光纤分束器和2μm分束镜。

7.根据权利要求1所述的2μm全光纤相干激光多普勒测风雷达系统，其特征在于，所述2μm监测探测器系统包括2μm InGaAs光电探测器、在线式光纤合束器和2μm单模光纤准直器。

8.根据权利要求1所述的2μm全光纤相干激光多普勒测风雷达系统，其特征在于，所述2μm平衡式InGaAs光电探测器可以达到衍射极限水平，充分消除散粒噪声对外差信噪比的影响。

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