CN104199046A - 一种双光束全波段探测激光雷达 - Google Patents

一种双光束全波段探测激光雷达 Download PDF

Info

Publication number
CN104199046A
CN104199046A CN201410510355.5A CN201410510355A CN104199046A CN 104199046 A CN104199046 A CN 104199046A CN 201410510355 A CN201410510355 A CN 201410510355A CN 104199046 A CN104199046 A CN 104199046A
Authority
CN
China
Prior art keywords
laser
frequency
light
twin
wavelength
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN201410510355.5A
Other languages
English (en)
Other versions
CN104199046B (zh
Inventor
杨国韬
程学武
王继红
王泽龙
杜丽芳
岳川
李发泉
龚顺生
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
National Space Science Center of CAS
Original Assignee
National Space Science Center of CAS
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by National Space Science Center of CAS filed Critical National Space Science Center of CAS
Priority to CN201410510355.5A priority Critical patent/CN104199046B/zh
Publication of CN104199046A publication Critical patent/CN104199046A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN104199046B publication Critical patent/CN104199046B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S17/00—Systems using the reflection or reradiation of electromagnetic waves other than radio waves, e.g. lidar systems
    • G01S17/88—Lidar systems specially adapted for specific applications
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/62—Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light
    • G01N21/63—Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light optically excited
    • G01N21/64—Fluorescence; Phosphorescence
    • G01N21/6402—Atomic fluorescence; Laser induced fluorescence
    • G01N21/6404—Atomic fluorescence

Abstract

本发明提供了一种双光束全波段探测激光雷达，能实现原子或离子的同时探测，包括：发射部分和接收部分，其中发射部分又包括：YAG固体激光器，用于发射基波光；第一倍频器，用于将激光器所发射的基波光做倍频处理，以产生第一束泵浦光；第二倍频器，用于将基波光经倍频处理后所剩余的光再次做倍频处理，以产生第二束泵浦光；第一染料激光器和第二染料激光器，分别产生需要的特定波长的第一探测激光和第二探测激光；接收部分包括：望远镜，用于对全波段的光进行接收；第一检测通道和第二检测通道，分别用于检测对应于第一探测激光和第二探测激光的信号。

Description

一种双光束全波段探测激光雷达
技术领域
本发明涉及激光雷达领域，尤其涉及一种中高层大气探测采用的激光雷达，更具体地涉及一种双波束全波段探测激光雷达。
背景技术
在地球大气80-110km区域，存在一个由大量金属原子和离子形成的金属层，其中含有钠、钾、铁、钙、锂等多种金属元素的原子和离子。目前在全世界范围内，现存的激光雷达主要探测钠原子层。但是，对于其它成份的探测，尤其是对于其它金属元素的原子和离子的同时探测，是当今中高层大气研究的迫切需求。
激光雷达探测钠、钾等原子的原理是：选用与钠、钾等跃迁谱线相一致的发射激光波长，即可实现特定原子/离子的探测。比如钠原子的常见荧光谱线(D2线)是589.0nm(空气中波长)，只需将发射激光波长同样设为589.0nm，即可实现钠原子层的特定探测；又如钙原子、钙离子的共振荧光波长分别是422.7nm、393.4nm，那么将发射激光的波长相应地设为422.7nm或者393.4nm，即可分别实现钙原子、钙离子的探测。
传统的大气金属层探测用的激光雷达通常采用YAG固体激光器来泵浦染料激光器的方式产生发射激光。具体来说，通过将YAG固体激光器1064nm基波光倍频处理，产生波长为532nm的激光---第一束绿光，以用于泵浦染料激光器。由于染料具有能级连续性，就使得染料激光器可以输出任意的发射激光波长。
但是，传统的激光雷达只能探测大气中的一种金属原子或离子，而无法实现同时探测大气中的两种金属原子或离子。
发明内容
因此，我们提出一种双光束全波段探测激光雷达，实现原子/离子的同时探测，包括：发射部分和接收部分，其中发射部分又包括：YAG固体激光器，用于发射基波光；第一倍频器，用于将激光器所发射的基波光做倍频处理，以产生第一束泵浦光；第二倍频器，用于将基波光经倍频处理后所剩余的未做倍频处理的光做倍频处理，以产生第二束泵浦光；第一染料激光器和第二染料激光器，分别产生需要的特定波长的第一探测激光和第二探测激光；接收部分包括：望远镜，用于对全波段的光进行接收；第一检测通道和第二检测通道，分别用于检测对应于第一探测激光和第二探测激光的信号。
根据一个实施例，本发明中的基波光为波长1064nm的激光。
根据又一个实施例，本发明的双光束全波段探测激光雷达的发射部分还包括分别设置在第一染料激光器后面的第三倍频器和设置在第二染料激光器后面的第四倍频器，分别用于将染料激光器发射的激光做倍频处理，以获得需要的激光。
根据又一个实施例，本发明的双光束全波段探测激光雷达的接收部分还包括分光镜，用于将望远镜接收的各种原子或离子的共振荧光信号分为两个通道。
根据再一个实施例，本发明的双光束全波段探测激光雷达的发射部分中，可以通过调节染料激光器的光栅、更换染料等，以便获得波长从紫外到红外且独立可调的激光。
根据本发明的优选实施例，发射部分还包括第一频率检测器和第二频率检测器，用于接收从待发射的两束激光中分别引出的小部分激光以校验其频率与原子或离子的共振频率是否相符。
根据本发明的优选实施例，发射部分还包括第一工控机，用于当第一和/或第二频率检测器检查到当前波长与待探测的金属原子或离子共振波长不相符时，调节第一和/或第二染料激光器的输出波长，使其发出满足我们需求的波长的激光。
根据本发明的优选实施例，发射部分还包括第二工控机，用于通过步进电机控制反射镜的方向，进而精确调节入射光束的角度。
根据本发明的优选实施例，接收部分所包括的望远镜为镀铝膜望远镜。
根据本发明的优选实施例，接收部分所包括的第一和第二检测通道中采用光电倍增管和滤光片用来检测从紫外到红外全波段的光信号。
附图说明
图1-a和1-b分别为本发明的双光束全波段探测激光雷达的发射部分和接收部分的原理结构示意图。
图2为根据本发明的一个优选实施例的双光束全波段探测激光雷达的发射部分的结构示意图。
图3为根据本发明的一个优选实施例的双光束全波段探测激光雷达的接收部分的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明的双光束全波段探测激光雷达进行详细说明。
图1-a和1-b分别为本发明的双光束全波段探测的激光雷达的发射部分和接收部分的原理结构示意图。图1-a所显示的发射部分包括：YAG固体激光器1，用于发射基波光；第一倍频器2，用于将激光器1所发射的基波光做倍频处理，以产生第一束泵浦光；第二倍频器3，用于将基波光经倍频处理后所剩余的未做倍频处理的光做倍频处理，以产生第二束泵浦光；第一染料激光器4和第二染料激光器5，分别产生需要的特定波长的第一探测激光和第二探测激光。图1-b中所显示的接收部分包括：望远镜6，用于对全波长的光进行反射接收；第一检测通道7和第二检测通道8，分别用于检测对应于第一探测激光和第二探测激光的信号。
图2为根据本发明的一个优选实施例的双光束全波段探测激光雷达的发射部分的结构示意图。如图2所示，在此示范性例子中，该激光雷达同时探测钙原子和钙离子。如图所示，YAG固体激光器1发出的波长为1064nm的基波光由第一倍频器2进行倍频处理，产生第一束波长为532nm的激光(绿光)。剩余的未做倍频处理的1064nm基波光由第二倍频器3进行倍频处理，得到第二束波长为532nm的激光(绿光)；两束波长为532nm的激光分别用于泵浦第一染料激光器4和第二染料激光器5，以便产生波长分别为845.5nm和786.8nm的两束激光。接下来，第三倍频器9和第四倍频器10分别对上述波长分别为845.5nm和786.8nm的两束激光做倍频处理，从而获得波长分别为422.7nm和393.3nm的两束激光，以分别经反射镜发射出去，用于同时激发钙原子和钙离子的荧光探测。
在本发明的另外的实施例中，利用染料激光器的波长具有连续可调性这一特点，通过调节染料激光器的光栅、更换染料等，获得波长从紫外到红外且独立可调的两束激光，从而实现对钠、钾、铁、钙等元素的二种原子/离子的同时探测。
更具体地，由两台染料激光器4和5发出的波长分别为λ’和λ”的两束激光经过倍频器9和10产生波长分别为λ’和λ”的两束激光(λ’＝2λ1和λ”＝2λ2)。λ’和λ”的具体数值根据需要探测的大气金属元素的原子和离子种类来确定，可参照下表：
种类 钠原子 钾原子 铁原子 钙原子 钙离子
波长(nm) 589.0 769.9 372.0 422.7 393.4
在图2的实施例中，波长分别为λ’和λ”的两束激光分别通过扩束镜11和12以得到设定的发散角。
在优选实施例中，发射部分还包括第一频率检测器13和第二频率检测器14，用于接收从待发射的两束激光中分别引出的小部分激光以校验其频率与待探测的金属原子或离子的共振频率是否相符。
在优选实施例中，发射部分还包括第一工控机15，用于当频率检测器13和/或14检测到当前波长与待探测的原子和/或离子的共振波长不符时，调节染料激光器4和/或5的输出波长，使之输出满足需求的波长的激光。此外，发射部分还包括第二工控机15’，用于通过步进电机控制反射镜的方向，进而精确调节入射光束的角度。
图3为根据本发明的一个优选实施例的双光束全波段探测探测的激光雷达的接收部分的结构示意图。如图3所示，接收部分包括望远镜6，此实施例中，望远镜6采用镀铝膜的直径达1m的全波段反射式望远镜可以高效接收各种原子或离子的共振荧光信号。信号经分光镜16(探测不同的原子或离子组合使用不同的分光镜)分为两个通道，分别提供到两个检测通道中。在两个检测通道中，光信号分别经过滤波片17和18及光电倍增管19和20转换为电信号，探测不同的原子或离子应采用不同的滤光片与光电倍增管。电信号经前置放大器21和22放大后由光子采集卡23和24记录，最终将数据储存在工控机25中。示波器26用来监视整套激光雷达系统的工作状态。
我们通过更换染料、调节激光器光栅等简单方法，不仅能同时输出两束激光，还使激光波长可以在紫外-可见-红外范围内任意地且独立地可调，以实现钠、钾、钙、钙离子、铁等元素的原子或离子中任意二者的同时探测。
最后所应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制。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 (10)

1.一种双光束全波段探测激光雷达，实现原子或离子的同时探测，其特征在于包括：发射部分和接收部分，其中发射部分又包括：YAG固体激光器，用于发射基波光；第一倍频器，用于将激光器所发射的基波光做倍频处理，以产生第一束泵浦光；第二倍频器，用于将基波光经倍频处理后所剩余的未做倍频处理的光做倍频处理，以产生第二束泵浦光；第一染料激光器和第二染料激光器，分别产生需要的特定波长的第一探测激光和第二探测激光；接收部分包括：望远镜，用于对全波段的光进行接收；第一检测通道和第二检测通道，分别用于检测对应于第一探测激光和第二探测激光的信号。
2.根据权利要求1的双光束全波段探测激光雷达，其特征在于：所述发射部分还包括分别设置在第一染料激光器后面的第三倍频器和设置在第二染料激光器后面的第四倍频器，分别用于将染料激光器发射的激光做倍频处理，以获得需要的激光。
3.根据权利要求1或2的双光束全波段探测激光雷达，其特征在于：基波光为波长1064nm的激光。
4.根据权利要求1或2的双光束全波段探测激光雷达，其特征在于：所述接收部分还包括分光镜，用于将望远镜接收的各种原子或离子的共振荧光信号分为两个通道。
5.根据权利要求1或2的双光束全波段探测激光雷达，其特征在于：通过调节所述染料激光器的光栅、更换染料，获得波长从紫外到红外且独立可调的激光。
6.根据权利要求1或2的双光束全波段探测激光雷达，其特征在于：所述发射部分还包括第一频率检测器和第二频率检测器，用于接收从待发射的两束激光中分别引出的小部分激光以校验其频率与待探测的原子或离子的共振频率是否相符。
7.根据权利要求6的双光束全波段探测激光雷达，其特征在于：所述发射部分还包括第一工控机，用于当第一和/或第二频率检测器检测到当前波长与待探测的金属原子或离子共振波长不相符时，调节第一和/或第二染料激光器的输出波长，使其发出满足我们需求的波长的激光。
8.根据权利要求1或2的双光束全波段探测激光雷达，其特征在于：所述发射部分还包括第二工控机，用于通过步进电机控制反射镜的方向，进而精确调节入射光束的角度。
9.根据权利要求1或2的双光束全波段探测激光雷达，其特征在于：所述接收部分所包括的望远镜为镀铝膜望远镜。
10.根据权利要求1或2的双光束全波段探测激光雷达，其特征在于：所述接收部分所包括的第一和第二检测通道中采用光电倍增管和滤光片用来检测从紫外到红外全波段的光信号。
CN201410510355.5A 2014-09-28 2014-09-28 一种双光束全波段探测激光雷达 Active CN104199046B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201410510355.5A CN104199046B (zh) 2014-09-28 2014-09-28 一种双光束全波段探测激光雷达

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201410510355.5A CN104199046B (zh) 2014-09-28 2014-09-28 一种双光束全波段探测激光雷达

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN104199046A true CN104199046A (zh) 2014-12-10
CN104199046B CN104199046B (zh) 2016-08-24

Family

ID=52084358

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201410510355.5A Active CN104199046B (zh) 2014-09-28 2014-09-28 一种双光束全波段探测激光雷达

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN104199046B (zh)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108199253A (zh) * 2018-01-12 2018-06-22 北京工业大学 高效倍频的装置及方法
CN109239728A (zh) * 2018-05-15 2019-01-18 北京华夏光谷光电科技有限公司 Ld基频/倍频多波长激光复合探测/测距系统
CN110456381A (zh) * 2019-07-08 2019-11-15 中国科学院国家空间科学中心 一种全固态金属原子和离子层探测的激光雷达
CN111708041A (zh) * 2020-06-24 2020-09-25 中国科学院上海高等研究院 一种双光束辅助增强的激光探测方法和装置

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN201464659U (zh) * 2009-03-04 2010-05-12 中国科学院武汉物理与数学研究所 全天时全高程大气探测激光雷达
CN102288972A (zh) * 2011-05-10 2011-12-21 中国海洋大学 三波长实时定标激光雷达装置
CN103293533A (zh) * 2013-05-20 2013-09-11 南京信息工程大学 一种用于大气臭氧观测的激光雷达系统及观测方法

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN201464659U (zh) * 2009-03-04 2010-05-12 中国科学院武汉物理与数学研究所 全天时全高程大气探测激光雷达
CN102288972A (zh) * 2011-05-10 2011-12-21 中国海洋大学 三波长实时定标激光雷达装置
CN103293533A (zh) * 2013-05-20 2013-09-11 南京信息工程大学 一种用于大气臭氧观测的激光雷达系统及观测方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
程学武等: "双波长高空探测激光雷达技术", 《中国激光》, vol. 33, no. 5, 31 May 2006 (2006-05-31), pages 601 - 606 *

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108199253A (zh) * 2018-01-12 2018-06-22 北京工业大学 高效倍频的装置及方法
CN108199253B (zh) * 2018-01-12 2020-09-29 北京工业大学 高效倍频的装置及方法
CN109239728A (zh) * 2018-05-15 2019-01-18 北京华夏光谷光电科技有限公司 Ld基频/倍频多波长激光复合探测/测距系统
CN110456381A (zh) * 2019-07-08 2019-11-15 中国科学院国家空间科学中心 一种全固态金属原子和离子层探测的激光雷达
CN110456381B (zh) * 2019-07-08 2022-01-25 中国科学院国家空间科学中心 一种全固态金属原子和离子层探测的激光雷达
CN111708041A (zh) * 2020-06-24 2020-09-25 中国科学院上海高等研究院 一种双光束辅助增强的激光探测方法和装置
CN111708041B (zh) * 2020-06-24 2023-09-01 中国科学院上海高等研究院 一种双光束辅助增强的激光探测方法和装置

Also Published As

Publication number Publication date
CN104199046B (zh) 2016-08-24

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Flores et al. Multi-kilowatt diffractive coherent combining of pseudorandom-modulated fiber amplifiers
CN104199046A (zh) 一种双光束全波段探测激光雷达
EP3091352B1 (en) Single cell apparatus and method for single ion addressing
Campos et al. Laser wavelength effects on ionic and atomic emission from tin plasmas
US20140341237A1 (en) Fiber laser
US20150063380A1 (en) Method and Apparatus for Generating Ultrafast, High Energy, High Power Laser Pulses
CN104181604A (zh) 一种自激式铯-133元素光泵磁力仪
JP2020511634A (ja) パルス群を放出するためのレーザ光源
US10145792B2 (en) Multi-cell apparatus and method for single ion addressing
Carlson et al. A narrow-linewidth, Yb fiber-amplifier-based upper atmospheric Doppler temperature lidar
Wakui et al. Generation of vacuum ultraviolet radiation by intracavity high-harmonic generation toward state detection of single trapped ions
Barbisan et al. Development and first operation of a cavity ring down spectroscopy diagnostic in the negative ion source SPIDER
CN103592277A (zh) 一种高精度荧光寿命测量装置
CN104348073A (zh) 可调谐窄线宽深紫外激光器
CN110739601A (zh) 一种基于光纤高阶拉曼效应的可调谐超短脉冲光纤激光器
CN106483096A (zh) 激光激发空气等离子体产生高强度太赫兹波的系统和方法
Chen et al. High-brightness optical-field-ionization collisional-excitation extreme-ultraviolet lasing pumped by a 100-TW laser system in an optically preformed plasma waveguide
Sturm et al. Time resolved 3D momentum imaging of ultrafast dynamics by coherent VUV-XUV radiation
US10965091B2 (en) UV lasers and UV Raman systems for effective and efficient molecular species identification with Raman spectroscopy
Hansen et al. Simultaneous two-dimensional laser-induced-fluorescence measurements of argon ions
CN103868604A (zh) 基于分子电离探测的飞秒激光脉冲宽度测量装置
Beier et al. Relativistic short-pulse high harmonic generation at 1.3 and 2.1 μm wavelengths
JP2014524149A (ja) 遠隔検出のための空気中における光解離およびレージング
EP2948781B1 (en) Rf signal detection system
CN111404030B (zh) 一种新型的法拉第反常色散Rb原子滤光器及方法

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant
CP01 Change in the name or title of a patent holder

Address after: 100190 No. two south of Zhongguancun, Haidian District, Beijing 1

Patentee after: NATIONAL SPACE SCIENCE CENTER, CAS

Address before: 100190 No. two south of Zhongguancun, Haidian District, Beijing 1

Patentee before: Space Science & Applied Research Centre, Chinese Academy of Sciences

CP01 Change in the name or title of a patent holder