CN103869302A - 一种2μm全光纤相干测风激光雷达脉冲信号发射系统 - Google Patents

一种2μm全光纤相干测风激光雷达脉冲信号发射系统 Download PDF

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Abstract

一种2μm全光纤相干测风激光雷达信号发射系统，包括：光纤激光器、第一单模保偏光纤、光纤在线式起偏器、第二单模保偏光纤、2μm声光移频器和第三单模保偏光纤；激光信号依次经过2μm光纤激光器、第一单模保偏光纤、光纤在线式起偏器和2μm声光移频器产生两路激光信号，分别为相干测风激光雷达脉冲信号和相干测风激光雷达参考本振激光信号，两路信号分别通过第二单模保偏光纤和第三单模保偏光纤传输，本系统可以为2μm全光纤相干激光测风雷达系统提供频率稳定且可调、脉冲重复频率及脉宽可调的激光发射信号，结构简单，性能稳定，易于工程实现。

Description

一种2μm全光纤相干测风激光雷达脉冲信号发射系统
技术领域
本发明涉及一种2μm全光纤相干测风激光雷达脉冲信号发射系统，可以为2μm全光纤相干激光测风雷达系统提供频率稳定且可调、脉冲重复频率及脉宽可调的激光发射信号，主要应用于卫星上的2μm全光纤相干测风激光雷达系统。
背景技术
相干激光测风雷达是进行全球高精度与高分辨率大气风场测量的首选激光遥感仪器，被广泛应用于低空大气层风场、湍流、气旋、局部雷暴等极端天气测量领域。
全光纤2μm激光发射系统以其结构紧凑、激光技术成熟、激光波段人眼安全、处于大气窗口内等特点越来越受到国际上的青睐。激光发射是相干激光测风雷达系统的关键组成部分，其性能特点直接决定了系统的探测能力。目前相干激光测风雷达系统均采用脉冲体制的激光发射方式，该方式具有激光能量信号利用率高，可实现远距离激光测量目的。
2μm相干激光测风雷达系统是基于气溶胶的米氏后向散射机理，利用连续本振激光信号和脉冲激光回波信号的相互干涉实现多普勒风速信息提取的。因此该相干激光测风雷达系统对激光脉冲发射信号的相干一致性要求极为苛刻。影响激光发射信号相干性的主要来源就是激光器发射系统，目前的激光发射脉冲方式是通过在激光谐振腔中放置电光或声光调Q开关，这种方式虽然可以实现单频激光输出，但是调节方式单一，对激光器要求比较高。因此急需一种简单易操作的外部调制方式。
发明内容
本发明的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提供了一种2μm全光纤相干测风激光雷达脉冲信号发射系统，可以为2μm全光纤相干激光测风雷达系统提供频率稳定且可调、脉冲重复频率及脉宽可调的激光发射信号。
本发明的技术解决方案是：一种2μm全光纤相干测风激光雷达信号发射系统，包括：光纤激光器、第一单模保偏光纤、光纤在线式起偏器、第二单模保偏光纤、2μm声光移频器和第三单模保偏光纤；
2μm声光移频器包括输入端口、频率调制端口、射频功率调制端口、0级衍射端口和1级衍射端口；其中0级衍射端口为频率保持端口，而1级衍射端口为频率调制端口；
光纤激光器发射2μm连续激光信号，并通过第一单模保偏光纤输出，2μm激光信号进入到光纤在线式起偏器中，产生线偏振激光，然后通过2μm声光移频器的输入端口进入到2μm声光移频器；
调节频率调制端口的电压至5.2V，调节射频功率调制端口电压至1.0V，达到衍射效率最大值，从0级衍射端口和1级衍射端口输出两路激光信号；
1级衍射端口输出的激光束经第二单模保偏光纤输出，形成第一输出信号，第一输出信号为相干测风激光雷达脉冲信号；
0级衍射端口输出的激光束经由第三单模保偏光纤进行输出，形成第二输出信号，第二输出信号为相干测风激光雷达参考本振激光信号。
所述第二输出信号还可以通过如下方式产生：激光信号经过设置在第一单模保偏光纤之后的光纤分束器产生分路激光信号，该分路激光信号经过第四单模保偏光纤之后形成第二输出信号，第二输出信号为相干测风激光雷达参考本振激光信号。
所述第二输出信号还可以通过如下方式产生：激光信号经过设置在第一单模保偏光纤之后的光纤分束器产生分路激光信号，该分路激光信号经过第四单模保偏光纤之后，与由0级衍射端口输出并在第三单模保偏光纤中传输的激光信号经光纤合束器合束，形成第二输出信号，第二输出信号为相干测风激光雷达参考本振激光信号。
本发明与现有技术相比的有益效果是：
（1）本发明采用了2μm激光波段，该波段属于人眼安全波段，并处于大气窗口之内，兼顾了安全性和工程实用性；
（2）本发明采用全光纤光路，使整套系统更加紧凑、便携、轻量化；
（3）本发明采用2μm声光移频器对激光束进行频率调制，能同时输出相干测风激光雷达脉冲信号和为相干测风激光雷达参考本振激光信号；
（4）本发明中采用保偏单模光纤作为2μm激光的传播介质，有效地提高了2μm激光的传输质量，避免了偏振态的改变。
附图说明
图1为实施方式一的系统示意图；
图2为实施方式二的系统示意图；
图3为实施方式三的系统示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式进行进一步的详细描述。
本发明提出了一种2μm全光纤相干测风激光雷达信号发射系统，包括：光纤激光器1、第一单模保偏光纤2、光纤在线式起偏器3、第一单模保偏光纤4、2μm声光移频器5和第三单模保偏光纤6；
2μm声光移频器5包括输入端口5-1、频率调制端口5-2、射频功率调制端口5-3、0级衍射端口5-4和1级衍射端口5-5；其中0级衍射端口5-4为频率保持端口，而1级衍射端口5-5为频率调制端口；
实施方式一：本实施方式如图1所示，光纤激光器1发射2μm连续激光信号，并通过第一单模保偏光纤2输出，2μm激光信号进入到光纤在线式起偏器3中，产生线偏振激光，然后通过2μm声光移频器5的输入端口5-1进入到2μm声光移频器5；
调节频率调制端口5-2的电压至5.2V，调节射频功率调制端口5-3电压至1.0V，达到衍射效率最大值，输出两路激光信号；
1级衍射端口5-5输出的激光束经第二单模保偏光纤4输出，形成第一输出信号，第一输出信号为相干测风激光雷达脉冲信号；0级衍射端口5-4输出的激光束经由第三单模保偏光纤6进行输出，形成第二输出信号，第二输出信号为相干测风激光雷达参考本振激光信号。
实施方式二：本实施方式如图2所示，光纤激光器1发射2μm连续激光信号，并通过第一单模保偏光纤2输出，2μm激光信号经过光纤分束器7分为第一激光分路信号和第二激光分路信号，其中第一激光分路信号进入到光纤在线式起偏器3中，产生线偏振激光，然后通过输入端口5-1进入到2μm声光移频器5；
调节频率调制端口5-2的电压至5.2V，调节射频功率调制端口5-3电压至1.0V，达到衍射效率最大值，输出两路激光信号；
1级衍射端口5-5输出的激光束经第一单模保偏光纤4输出，形成第一输出信号，第一输出信号为相干测风激光雷达脉冲信号；第二激光分路信号经过第四单模保偏光纤8之后，形成第二输出信号，第二输出信号为相干测风激光雷达参考本振激光信号。
实施方式三：本实施方式如图3所示，光纤激光器1发射2μm连续激光信号，并通过第一单模保偏光纤2输出，2μm激光信号经过光纤分束器7分为第一激光分路信号和第二激光分路信号，其中第一激光分路信号进入到光纤在线式起偏器3中，产生线偏振激光，然后通过输入端口5-1进入到2μm声光移频器5；
调节频率调制端口5-2的电压至5.2V，调节射频功率调制端口5-3电压至1.0V，达到衍射效率最大值，输出两路激光信号；
1级衍射端口5-5输出的激光束经第二单模保偏光纤4输出，形成第一输出信号，第一输出信号为相干测风激光雷达脉冲信号；而0级衍射端口5-4输出的激光束经由第三单模保偏光纤6进行输出，经光纤合束器9，与经过第四保偏单模光纤8传输的第二激光分路信号合束，形成第二输出信号，该第二输出信号为相干测风激光雷达参考本振激光信号。
本发明说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员的公知技术。

Claims (3)

1.一种2μm全光纤相干测风激光雷达信号发射系统，其特征在于包括：光纤激光器（1）、第一单模保偏光纤（2）、光纤在线式起偏器（3）、第二单模保偏光纤（4）、2μm声光移频器（5）和第三单模保偏光纤（6）；
2μm声光移频器（5）包括输入端口（5-1）、频率调制端口（5-2）、射频功率调制端口（5-3）、0级衍射端口（5-4）和1级衍射端口（5-5）；其中0级衍射端口（5-4）为频率保持端口，而1级衍射端口（5-5）为频率调制端口；
光纤激光器（1）发射2μm连续激光信号，并通过第一单模保偏光纤（2）输出，2μm激光信号进入到光纤在线式起偏器（3）中，产生线偏振激光，然后通过2μm声光移频器（5）的输入端口（5-1）进入到2μm声光移频器（5）；
调节频率调制端口（5-2）的电压至5.2V，调节射频功率调制端口（5-3）电压至1.0V，达到衍射效率最大值，从0级衍射端口（5-4）和1级衍射端口（5-5）输出两路激光信号；
1级衍射端口（5-5）输出的激光束经第二单模保偏光纤（4）输出，形成第一输出信号，第一输出信号为相干测风激光雷达脉冲信号；
0级衍射端口（5-4）输出的激光束经由第三单模保偏光纤（6）进行输出，形成第二输出信号，第二输出信号为相干测风激光雷达参考本振激光信号。
2.根据权利要求1所述的一种2μm全光纤相干测风激光雷达信号发射系统，其特征在于：所述第二输出信号还可以通过如下方式产生：激光信号经过设置在第一单模保偏光纤（2）之后的光纤分束器（7）产生分路激光信号，该分路激光信号经过第四单模保偏光纤（8）之后形成第二输出信号，第二输出信号为相干测风激光雷达参考本振激光信号。
3.根据权利要求1所述的一种2μm全光纤相干测风激光雷达信号发射系统，其特征在于：所述第二输出信号还可以通过如下方式产生：激光信号经过设置在第一单模保偏光纤（2）之后的光纤分束器（7）产生分路激光信号，该分路激光信号经过第四单模保偏光纤（8）之后，与由0级衍射端口（5-4）输出并在第三单模保偏光纤（6）中传输的激光信号经光纤合束器（9）合束，形成第二输出信号，第二输出信号为相干测风激光雷达参考本振激光信号。
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