CN104749581B - 一种基于偏振复用的直接探测测风激光雷达 - Google Patents

一种基于偏振复用的直接探测测风激光雷达 Download PDF

Info

Publication number
CN104749581B
CN104749581B CN201510172766.2A CN201510172766A CN104749581B CN 104749581 B CN104749581 B CN 104749581B CN 201510172766 A CN201510172766 A CN 201510172766A CN 104749581 B CN104749581 B CN 104749581B
Authority
CN
China
Prior art keywords
outfan
polarization
fiber
fabry
input
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.)
Active
Application number
CN201510172766.2A
Other languages
English (en)
Other versions
CN104749581A (zh
Inventor
夏海云
上官明佳
窦贤康
王冲
裘家伟
舒志峰
薛向辉
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.)
State Yao Quantum Radar Technology Co Ltd
Original Assignee
University of Science and Technology of China USTC
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 University of Science and Technology of China USTC filed Critical University of Science and Technology of China USTC
Priority to CN201510172766.2A priority Critical patent/CN104749581B/zh
Publication of CN104749581A publication Critical patent/CN104749581A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN104749581B publication Critical patent/CN104749581B/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
    • G01S17/95—Lidar systems specially adapted for specific applications for meteorological use
    • 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
    • G01S7/00—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00
    • G01S7/48—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S17/00
    • G01S7/481—Constructional features, e.g. arrangements of optical elements
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02A—TECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE
    • Y02A90/00—Technologies having an indirect contribution to adaptation to climate change
    • Y02A90/10—Information and communication technologies [ICT] supporting adaptation to climate change, e.g. for weather forecasting or climate simulation

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Radar, Positioning & Navigation (AREA)
  • Remote Sensing (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Optical Modulation, Optical Deflection, Nonlinear Optics, Optical Demodulation, Optical Logic Elements (AREA)
  • Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)

Abstract

本发明公开了一种基于偏振复用的直接探测测风激光雷达，通过基于偏振态相互垂直的激光经光纤Fabry‑Perot干涉仪时透过率曲线不同的原理，采用偏振复用技术，将连续激光分成偏振态相互垂直的两路，其中一路经脉冲调制后用于探测大气风场，另外一路用于锁定激光频率，这两路共用一个光纤Fabry‑Perot干涉仪，这两路信号的合并和分离探测采用保偏合束器和偏振分束器完成。该方案中仅用单个光纤Fabry‑Perot干涉仪实现了同时的频移探测和频率跟踪锁定，相比于采用多通道Fabry‑Perot干涉仪或多个Fabry‑Perot干涉仪构成的系统，该发明装置成本低、结构紧凑并且系统相对稳定。

Description

一种基于偏振复用的直接探测测风激光雷达
技术领域
本发明涉及直接探测多普勒测风激光雷达技术领域，具体涉及一种基于偏振复用的直接探测测风激光雷达。
背景技术
20世纪80年代以来，直接探测测风激光雷达技术日渐成熟，直接探测激光雷达技术以其独特的优势(高时空分辨率、大空间覆盖范围和高测量精度等)在测风激光雷达领域崭露头角。
国内外已经开展基于Fabry-Perot干涉仪的多普勒直接探测测风激光雷达的基础研究，包括系统参数设计、模拟仿真等工作。国外有：法国Haute Provence天文台研制的Rayleigh-Mie多普勒测风激光雷达；德国、英国、挪威、联合研制的ALAMOR系统；美国的国家航天航空局NASA、NCAR和Michigan Aerospace Corporation开发的GLOW和Groundwinds系统；欧洲宇航局(ESA)正开展的风神太空计划(ADM-Aeolus Mission)，并进行了地面和机载验证实验；丹麦、荷兰、日本也均有报道。国内开展了相关工作的单位有：中国海洋大学、中国科学技术大学、中国科学院安徽光机所、西安理工大学、中国科学院空间科学与应用研究中心、哈尔滨工业大学、电子科技大学、北京航天航空大学和苏州大学。
基于Fabry-Perot干涉仪的多普勒直接探测激光雷达中，通过检测后向散射信号的频率和出射激光频率的差值以反演多普勒频移，因此，频移探测和频率跟踪锁定是多普勒直接探测激光雷达的关键技术，其中典型的频率跟踪和锁定方法有如下几种：
1)法国Haute Provence天文台的Rayleigh-Mie多普勒测风激光雷达采用气压可调谐的双通道Fabry-Perot干涉仪。频率的锁定采用调节Fabry-Perot干涉仪的气压，进而改变腔内折射率的方式来实现。由频率增量Δυ和折射率Δn增量的关系Δυ/Δn＝-υ0/n可知，为使频率上移，需减小Fabry-Perot干涉仪腔内的折射率，反之亦然。但是，Rayleigh-Mie多普勒测风激光雷达仅在观测前进行频率锁定，观测过程中不做频率跟踪和实时锁定处理。
2)德国宇航局研制的A2D机载激光雷达采用固定腔长式Fabry-Perot干涉仪和频率可调谐的激光器。其中，为避免出射激光频率不稳定所引入的校准和测量误差，系统采用QBUT(Q-switch built-up time)最小化的方法稳定激光频率。并且，通过增加一个稳频激光器提供本征光，利用相干拍频技术测量出射激光频率的漂移量。
3)中国科学技术大学采用腔长可调谐的三通道Fabry-Perot干涉仪，其中两个边缘通道用于提取多普勒频移信息，第三个通道用于跟踪和锁定激光出射频率。频率的锁定采用调节Fabry-Perot干涉仪腔长的方式实现。由频率增量Δυ和腔长增量Δl的关系Δυ/Δl＝-υ0/l(υ0为激光频率，l为Fabry-Perot干涉仪的腔长)可知，为使频率上移，Fabry-Perot干涉仪的腔长需要缩短，反之亦然。
上述三种方法存在如下缺点：上述方法1)中，由于调节过程中需对Fabry-Perot干涉仪加压和减压，这是一个缓慢过程，因此不能进行实时跟踪和锁定；上述方法2)中，由于需增加另外一个激光器作为参考光，并且采用相干拍频的方法，光路结构复杂、光学器件要求严格，后继数据处理量大，系统成本高；上述方法3)中，由于增加第三通道的方法，系统复杂成本高。
发明内容
本发明目的是提供一种基于偏振复用的直接探测测风激光雷达，其成本低、结构紧凑且系统稳定性较高。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
一种基于偏振复用的直接探测测风激光雷达，包括：连续光纤激光器1、偏振控制器2、第一偏振分束器3、声光调制器4、任意函数发生器5、光纤放大器6、扩束镜7、望远镜8、环形器9、光纤布拉格光栅10、保偏合束器11、保偏分束器12、第二偏振分束器13、第一模拟探测器14、第一起偏器15、第一单光子探测器16、光纤Fabry-Perot干涉仪17、恒温箱18、光纤Fabry-Perot干涉仪控制器19、第三偏振分束器20、第二模拟探测器21、A/D数据采集卡22、第二起偏器23、第二单光子探测器24、光子计数采集卡25、计算机26；
其中，连续光纤激光器1的输出端与偏振控制器2的输入端连接，偏振控制器2的输出端与第一偏振分束器3的输入端连接，第一偏振分束器3的输出端B与声光调制器4的输入端连接，任意函数发生器5的输出端与声光调制器4的输入端连接，声光调制器4的输出端与光纤放大器6的输入端连接，光纤放大器6的输出端与扩束镜7的输入端连接；望远镜8接收大气后向散射信号，望远镜8的输出端与环形器9的输入端连接，环形器9的收发复用端与光纤布拉格光栅10的输入端连接，环形器9的输出端与保偏合束器11的输入端A连接，保偏合束器11的输入端C还与第一偏振分束器3的输出端A相连，保偏合束器11的输出端B与保偏分束器12的输入端连接，保偏分束器12的输出端C与第二偏振分束器13的输入端连接，第二偏振分束器13的输出端B与第一模拟探测器14连接，第二偏振分束器13的输出端A与第一起偏器15的输入端连接，第一起偏器15的输出端与第一单光子探测器16连接；保偏分束器12的输出端B与光纤Fabry-Perot干涉仪17的输入端连接，光纤Fabry-Perot干涉仪17放置于恒温箱18中，Fabry-Perot干涉仪17的输出端与第三偏振分束器20的输入端连接；第三偏振分束器20的输出端B与第二模拟探测器21连接，第三偏振分束器20的输出端A与第二起偏器23的输入端连接，第二起偏器23的输出端与第二单光子探测器24连接；第一模拟探测器14和第二模拟探测器21的输出端与A/D数据采集卡22的输入端连接，A/D数据采集卡22的输出端作为反馈信号输入给光纤Fabry-Perot干涉仪控制器19，光纤Fabry-Perot干涉仪控制器19输出端与光纤Fabry-Perot干涉仪17连接；第一单光子探测器16和第二单光子探测器24的输出端与光子计数采集卡25的输入端连接；光子计数采集卡25的输出端与计算机26连接。
进一步的，所述的恒温箱18的控温精度为0.001K。
进一步的，所述连续光纤激光器1的工作波段为通信波段，其工作波长为1550nm，线宽为3KHz，输出激光为线偏振光，具有光纤耦合输出方式。
进一步的，所述第一单光子探测器16和第二单光子探测器24为铟镓砷单光子探测器，或上转换单光子探测器或超导纳米线单光子探测器。
进一步的，所述光纤Fabry-Perot干涉仪控制器19的电压调节精度为1μV，调节步长为1mV；所述光纤Fabry-Perot干涉仪17的自由谱间距为4.02GHz，精细度为43。
进一步的，所述第一起偏器15和第二起偏器23的偏振方向与后向散射信号的偏振态平行，与锁频用的连续光垂直。
进一步的，所述第一偏振分束器3工作波长为1550nm±40nm，插入损失为0.6dB，消光比为60dB；
所述第二偏振分束器13的中心波长为1550nm±40nm，插入损失为0.6dB，消光比为60dB；
所述第三偏振分束器20的工作波长为1550nm±40nm，插入损失为0.6dB，消光比为60dB。
由上述本发明提供的技术方案可以看出，通过基于偏振态相互垂直的激光经光纤Fabry-Perot干涉仪时透过率曲线不同的原理，采用偏振复用技术，将连续激光分成偏振态相互垂直的两路，其中一路经脉冲调制后用于探测大气风场，另外一路用于锁定激光频率，这两路共用一个光纤Fabry-Perot干涉仪，这两路信号的合并和分离探测采用保偏合束器和偏振分束器完成。该方案中仅用单个光纤Fabry-Perot干涉仪实现了同时的频移探测和频率跟踪锁定，相比于采用多通道Fabry-Perot干涉仪或多个Fabry-Perot干涉仪构成的系统，该发明装置成本低、结构紧凑并且系统相对稳定。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单介绍，显而易见，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动前提下，还可以根据这些附图获得其他附图。
图1为本发明实施例提供的一种基于偏振复用的直接探测测风激光雷达的示意图；
图2为本发明实施例提供的直接探测测风激光雷达中边缘技术的示意图。
具体实施方式
下面结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。
本发明是通过基于偏振态相互垂直的激光经光纤Fabry-Perot干涉仪时透过率曲线不同的原理，采用偏振复用技术，将连续激光分成偏振态相互垂直的两路，其中一路经脉冲调制后用于探测大气风场，另外一路用于锁定激光频率。图1为本发明实施例提供的一种基于偏振复用的直接探测测风激光雷达的示意图，图中的点和双箭头用于表示激光偏振态，其中点表示偏振态与纸面垂直，双箭头表示偏振态与纸面平行。
如图1所示，其包括：连续光纤激光器1、偏振控制器2、第一偏振分束器3、声光调制器4、任意函数发生器5、光纤放大器6、扩束镜7、望远镜8、环形器9、光纤布拉格光栅10、保偏合束器11、保偏分束器12、第二偏振分束器13、第一模拟探测器14、第一起偏器15、第一单光子探测器16、光纤Fabry-Perot干涉仪17、恒温箱18、光纤Fabry-Perot干涉仪控制器19、第三偏振分束器20、第二模拟探测器21、A/D数据采集卡22、第二起偏器23、第二单光子探测器24、光子计数采集卡25、计算机26。
连续光纤激光器1的输出端与偏振控制器2的输入端连接，偏振控制器2的输出端与第一偏振分束器3的输入端连接，第一偏振分束器3的输出端B与声光调制器4的输入端连接，任意函数发生器5的输出端与声光调制器4的输入端连接，声光调制器4的输出端与光纤放大器6的输入端连接，光纤放大器6的输出端与扩束镜7的输入端连接；望远镜8接收大气后向散射信号，望远镜8的输出端与环形器9的输入端连接，环形器9的收发复用端与光纤布拉格光栅10的输入端连接，环形器9的输出端与保偏合束器11的输入端A连接，保偏合束器11的输入端C还与第一偏振分束器3的输出端A相连，保偏合束器11的输出端B与保偏分束器12的输入端连接，保偏分束器12的输出端C与第二偏振分束器13的输入端连接，第二偏振分束器13的输出端B与第一模拟探测器14连接，第二偏振分束器13的输出端A与第一起偏器15的输入端连接，第一起偏器15的输出端与第一单光子探测器16连接；保偏分束器12的输出端B与光纤Fabry-Perot干涉仪17的输入端连接，Fabry-Perot干涉仪17的输出端与第三偏振分束器20的输入端连接；第三偏振分束器20的输出端B与第二模拟探测器21连接，第三偏振分束器20的输出端A与第二起偏器23的输入端连接，第二起偏器23的输出端与第二单光子探测器24连接；第一模拟探测器14和第二模拟探测器21的输出端与A/D数据采集卡22的输入端连接，A/D数据采集卡22的输出端作为反馈信号输入给光纤Fabry-Perot干涉仪控制器19，光纤Fabry-Perot干涉仪控制器19输出端与光纤Fabry-Perot干涉仪17连接；第一单光子探测器16和第二单光子探测器24的输出端与光子计数采集卡25的输入端连接；光子计数采集卡25的输出端与计算机26连接。
所述任意函数发生器5与所述声光调制器4连接，用于向所述声光调制器4发送控制信号；
所述光纤Fabry-Perot干涉仪控制器19与所述光纤Fabry-Perot干涉仪17连接，用于调节所述光纤Fabry-Perot干涉仪17的腔长；
所述光纤Fabry-Perot干涉仪17放置于恒温箱18中。
优选地，所述的恒温箱18的控温精度为0.001K。
优选地，所述连续光纤激光器1的工作波段为通信波段，其工作波长为1550nm，线宽为3KHz，输出激光为线偏振光，具有光纤耦合输出方式。
优选地，为提高探测效率，所述第一单光子探测器16和第二单光子探测器24不限于目前商用的铟镓砷单光子探测器，还可以为上转换单光子探测器或超导纳米线单光子探测器。
优选地，所述光纤Fabry-Perot干涉仪控制器19的电压调节精度为1μV，调节步长为1mV；所述光纤Fabry-Perot干涉仪17的自由谱间距为4.02GHz，精细度为43。
优选地，所述第一起偏器15和第二起偏器23的偏振方向与后向散射信号的偏振态平行，与锁频用的连续光垂直。
优选地，所述第一偏振分束器3工作波长为1550nm±40nm，插入损失为0.6dB，消光比为60dB；所述第二偏振分束器13的中心波长为1550nm±40nm，插入损失为0.6dB，消光比为60dB；所述第三偏振分束器20的工作波长为1550nm±40nm，插入损失为0.6dB，消光比为60dB。
优选地，所述保偏分束器12为1×2光纤熔融分束器，其分束比例为10/90。
优选地，所述光纤布拉格光栅10为保偏器件，其中心波长为1550nm，滤波带宽为0.1nm，反射率为99.6％。
为了便于理解，下面结合附图2对直接探测测风激光雷达的原理做详细介绍。
多普勒激光雷达利用激光与大气中的粒子相互作用而产生的多普勒效应进行风速探测。多普勒频移υD和激光雷达径向风速VLOS的关系为VLOS＝υD·λ/2。由此可知，当激光工作波长λ＝1550nm时，1m/s的风速对应的多普勒频移为1.29MHz，对应激光频率的6.665×10-9倍。因此，为了提取如此小的激光频移量，对激光器频率稳定性和鉴频器要求严格。
利用可调谐Fabry-Perot干涉仪作为鉴频器的直接探测测风激光雷达中，Fabry-Perot干涉仪形成的通道用于频率探测和频率锁定。参见图2所示，实线为Fabry-Perot干涉仪形成的探测通道，虚线为Fabry-Perot干涉仪形成的锁定通道，两个灰色区域分别代表气溶胶后向散射信号和出射激光光谱信号。为了提取多普勒频移信息，边缘技术将激光出射频率锁定在Fabry-Perot干涉仪的陡峭边缘上，出射激光与大气中的粒子相互作用后，大气风场将引起激光后向散射信号的多普勒频移，进而引起后向散射信号在Fabry-Perot干涉仪的透过率变化。通过检测后向散射信号的频率和出射激光频率的差值即可反演大气风场。
测风激光雷达中，虽然大多采用种子注入式的稳频激光器，但是随着室温和激光器中腔内自身温度的变化，脉冲光的频率会发生抖动和漂移。此外，由于环境温度的变化，Fabry-Perot干涉仪的腔长会发生微小变化。而风场的测量实际上是利用Fabry-Perot干涉仪对发射激光频率和后向散射光的频率进行测量，所以发射激光频率和Fabry-Perot干涉仪的稳定性直接影响系统测量的准确度和精度。
采用图2所示频率差分的方法可以基本消除出射激光频率和Fabry-Perot干涉仪频谱的短期漂移。但出射激光频率和Fabry-Perot干涉仪频谱除了短期漂移和抖动外，还存在长期漂移。这种长期漂移将引起发射激光频率远离Fabry-Perot干涉仪的陡峭边缘上，造成测量的速度灵敏度和动态范围减小，甚至使激光频率离开测量动态范围以外而无法进行测量。针对激光频率和Fabry-Perot干涉仪频谱的长期漂移，可采用主动调节Fabry-Perot干涉仪腔长的办法，使Fabry-Perot干涉仪频谱根据出射激光频率的变化而移动。其原理如下：
理想Fabry-Perot干涉仪的透过率是一个Airy函数：
式中：R为对应波长的反射率；L为光损耗；F有效精细度；ν为激光频率；δ为光程差。δ的表达式为：
式中θ为入射光与标准具反射表面法线的夹角；l为标准具腔长。式(2)中，针对第k级条纹而言，如果频率ν减小的同时l变大，可以保持第级k条纹不变。所以，当出射激光相对标准具的中心频率漂移时，可以采用改变腔长l的办法，使激光频率始终在双边缘通道透过率曲线的交点频率附近。
对式(2)求微分，注意保持k不变，故右端为零，即
式(3)的物理意义为：当频率变大时，减小Fabry-Perot干涉仪腔长可以保持第m级干涉最大。在标准具的压电陶瓷中，电压的升高对应腔长的增大。当参考光的透过率偏离预设点时，通过透过率与频率的对应关系，计算偏移量的大小，再根据频率移动与电压的关系，计算反馈电压的大小，实现Fabry-Perot干涉仪的相对激光频率的动态锁定。
根据以上原理，在可调谐Fabry-Perot干涉仪的多普勒测风激光雷达中，可增加一个Fabry-Perot干涉仪的锁定通道用于出射激光频率的跟踪和锁定。此方法虽然可实现激光频率的跟踪锁定，但由于新增了Fabry-Perot干涉仪的一个通道，其成本高，光路调节难度大。
针对此情况，本发明基于两个偏振态相互垂直的激光经光纤Fabry-Perot干涉仪时透过率曲线不同的原理，采用偏振复用技术，仅利用单个光纤Fabry-Perot干涉仪实现了同时的频移探测和频率跟踪锁定。光源上，利用偏振控制器和偏振分束器将线偏振连续激光分成两路，其中一路经脉冲调制后用于探测大气风场，另外一路经偏振调制后用于锁定激光频率。这两路激光共用一个光纤Fabry-Perot干涉仪。检测时，利用偏振分束器将锁频用的激光从频移探测用的激光中分离开来。
本发明实施例提供的一种基于偏振复用的直接探测多普勒激光雷达具有如下有益效果：
(1)根据偏振态相互垂直的的激光经光纤Fabry-Perot干涉仪时透过率曲线不同的原理，仅利用一个光纤Fabry-Perot干涉仪同时实现了频移检测和频率跟踪锁定，相比于利用多通道Fabry-Perot干涉仪或多个光纤Fabry-Perot干涉仪的实现方式，其降低了Fabry-Perot干涉仪的制造难度，降低了成本，提高了系统集成度和稳定性。
(2)本发明方案利用偏振控制器和偏振分束器将线偏振连续激光分成两路，其中一路经脉冲调制后用于探测大气风场，另外一路经偏振调制后用于锁定激光频率。本发明不仅可实现了出射激光频率的实时跟踪锁定，并且由于利用连续光锁频，信噪比高，提高了频率跟踪和锁定的精度。
(3)本发明方案中，在偏振分束器和单光子探测器间设置了起偏器，起偏器的偏振方向与后向散射信号的偏振态平行，与锁频率用的连续几个垂直，本发明有效降低或避免了用于锁频的连续光对微弱后向散射光的交叉影响问题。
(4)本发明采用单光子探测器，该探测器不限于目前商用的铟镓砷单光子探测器，还可以为上转换单光子探测器或超导纳米线单光子探测器。
(5)本发明采用的偏振分束器的消光比为60dB，中心波长为1550nm，可将频率锁定用的激光和频移检测用的激光分离开来。
(6)本发明采用控温精度为0.001K的恒温箱，通过温控有效地消除了环境温度对本发明中的光纤Fabry-Perot干涉仪的影响。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。

Claims (7)

1.一种基于偏振复用的直接探测测风激光雷达，其特征在于，包括：连续光纤激光器(1)、偏振控制器(2)、第一偏振分束器(3)、声光调制器(4)、任意函数发生器(5)、光纤放大器(6)、扩束镜(7)、望远镜(8)、环形器(9)、光纤布拉格光栅(10)、保偏合束器(11)、保偏分束器(12)、第二偏振分束器(13)、第一模拟探测器(14)、第一起偏器(15)、第一单光子探测器(16)、光纤Fabry-Perot干涉仪(17)、恒温箱(18)、光纤Fabry-Perot干涉仪控制器(19)、第三偏振分束器(20)、第二模拟探测器(21)、A/D数据采集卡(22)、第二起偏器(23)、第二单光子探测器(24)、光子计数采集卡(25)、计算机(26)；
其中，连续光纤激光器(1)的输出端与偏振控制器(2)的输入端连接，偏振控制器(2)的输出端与第一偏振分束器(3)的输入端连接，第一偏振分束器(3)的输出端B与声光调制器(4)的输入端连接，任意函数发生器(5)的输出端与声光调制器(4)的输入端连接，声光调制器(4)的输出端与光纤放大器(6)的输入端连接，光纤放大器(6)的输出端与扩束镜(7)的输入端连接；望远镜(8)接收大气后向散射信号，望远镜(8)的输出端与环形器(9)的输入端连接，环形器(9)的收发复用端与光纤布拉格光栅(10)的输入端连接，环形器(9)的输出端与保偏合束器(11)的输入端A连接，保偏合束器(11)的输入端C还与第一偏振分束器(3)的输出端A相连，保偏合束器(11)的输出端B与保偏分束器(12)的输入端连接，保偏分束器(12)的输出端C与第二偏振分束器(13)的输入端连接，第二偏振分束器(13)的输出端B与第一模拟探测器(14)连接，第二偏振分束器(13)的输出端A与第一起偏器(15)的输入端连接，第一起偏器(15)的输出端与第一单光子探测器(16)连接；保偏分束器(12)的输出端B与光纤Fabry-Perot干涉仪(17)的输入端连接，光纤Fabry-Perot干涉仪(17)放置于恒温箱(18)中，Fabry-Perot干涉仪(17)的输出端与第三偏振分束器(20)的输入端连接；第三偏振分束器(20)的输出端B与第二模拟探测器(21)连接，第三偏振分束器(20)的输出端A与第二起偏器(23)的输入端连接，第二起偏器(23)的输出端与第二单光子探测器(24)连接；第一模拟探测器(14)和第二模拟探测器(21)的输出端与A/D数据采集卡(22)的输入端连接，A/D数据采集卡(22)的输出端作为反馈信号输入给光纤Fabry-Perot干涉仪控制器(19)，光纤Fabry-Perot干涉仪控制器(19)输出端与光纤Fabry-Perot干涉仪(17)连接；第一单光子探测器(16)和第二单光子探测器(24)的输出端与光子计数采集卡(25)的输入端连接；光子计数采集卡(25)的输出端与计算机(26)连接。
2.根据权利要求1所述的测风激光雷达，其特征在于，所述的恒温箱(18)的控温精度为0.001K。
3.根据权利要求1所述的测风激光雷达，其特征在于，所述连续光纤激光器(1)的工作波段为通信波段，其工作波长为1550nm，线宽为3KHz，输出激光为线偏振光，具有光纤耦合输出方式。
4.根据权利要求1所述的测风激光雷达，其特征在于，所述第一单光子探测器(16)和第二单光子探测器(24)为铟镓砷单光子探测器、或上转换单光子探测器或超导纳米线单光子探测器。
5.根据权利要求1所述的测风激光雷达，其特征在于，
所述光纤Fabry-Perot干涉仪控制器(19)的电压调节精度为1μV，调节步长为1mV；所述光纤Fabry-Perot干涉仪(17)的自由谱间距为4.02GHz，精细度为43。
6.根据权利要求1所述的测风激光雷达，其特征在于，
所述第一起偏器(15)和第二起偏器(23)的偏振方向与后向散射信号的偏振态平行，与锁频用的连续光垂直。
7.根据权利要求1所述的测风激光雷达，其特征在于，
所述第一偏振分束器(3)工作波长为1550nm±40nm，插入损失为0.6dB，消光比为60dB；
所述第二偏振分束器(13)的中心波长为1550nm±40nm，插入损失为0.6dB，消光比为60dB；
所述第三偏振分束器(20)的工作波长为1550nm±40nm，插入损失为0.6dB，消光比为60dB。
CN201510172766.2A 2015-04-13 2015-04-13 一种基于偏振复用的直接探测测风激光雷达 Active CN104749581B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201510172766.2A CN104749581B (zh) 2015-04-13 2015-04-13 一种基于偏振复用的直接探测测风激光雷达

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201510172766.2A CN104749581B (zh) 2015-04-13 2015-04-13 一种基于偏振复用的直接探测测风激光雷达

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN104749581A CN104749581A (zh) 2015-07-01
CN104749581B true CN104749581B (zh) 2017-05-03

Family

ID=53589555

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201510172766.2A Active CN104749581B (zh) 2015-04-13 2015-04-13 一种基于偏振复用的直接探测测风激光雷达

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN104749581B (zh)

Families Citing this family (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105022048B (zh) * 2015-07-03 2017-10-31 中国科学院光电技术研究所 一种多光束非扫描相干探测多普勒测风激光雷达光学系统
CN106054209B (zh) * 2016-05-19 2019-02-01 中国科学技术大学 基于超导单光子探测器的大气探测激光雷达
CN106353770B (zh) * 2016-08-11 2019-06-21 中国科学技术大学 基于大光敏面超导单光子探测器的高空大气探测激光雷达
CN106443709A (zh) * 2016-09-14 2017-02-22 中国科学技术大学 基于时分复用的单探测器全光纤偏振激光雷达
CN106932785B (zh) * 2017-02-27 2019-11-05 南京红露麟激光雷达科技有限公司 一种时分复用的偏振相干多普勒测风激光雷达
CN106886031B (zh) * 2017-02-27 2019-07-26 南京红露麟激光雷达科技有限公司 基于宽谱选通相干探测的瑞利多普勒测风激光雷达
CN106769952B (zh) * 2017-03-02 2019-09-13 南京红露麟激光雷达科技有限公司 基于非相干光源的气体差分吸收激光雷达
CN108833010B (zh) * 2018-06-20 2020-03-06 上海卫星工程研究所 星地激光通信光束漂移自适应补偿方法及系统
CN110187362B (zh) * 2019-05-24 2021-07-09 中国科学技术大学 一种紫外红外同步工作的双频测风激光雷达

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8355120B2 (en) * 2010-03-10 2013-01-15 The United States Of America, As Represented By The Secretary Of The Navy Doppler asymmetric spatial heterodyne spectroscopy light detection and ranging receiver
US8938362B2 (en) * 2012-01-23 2015-01-20 The Aerospace Corporation Systems, methods, and apparatus for doppler LIDAR
CN103499820B (zh) * 2013-09-27 2015-09-09 中国科学技术大学 一种全光纤直接探测测风激光雷达的闭环控制方法
CN103513257B (zh) * 2013-10-14 2015-05-27 中国科学技术大学 一种基于双工作波长的直接探测测风激光雷达系统及测风方法
CN103605124B (zh) * 2013-11-05 2015-11-25 中国科学技术大学 一种直接探测多普勒激光雷达的快速校准系统和方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN104749581A (zh) 2015-07-01

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN104749581B (zh) 一种基于偏振复用的直接探测测风激光雷达
Zou et al. Microwave frequency measurement based on optical power monitoring using a complementary optical filter pair
KR100488221B1 (ko) 광섬유 브래그 격자 센서 시스템
CN104808193B (zh) 基于非偏振分光棱镜的f‑p标准具瑞利散射多普勒鉴频装置
CN105091776B (zh) 基于单边带扫频调制的光纤激光静态应变拍频解调系统
CN106154289B (zh) 基于差分受激布里渊增益效应的直接测风激光雷达
US6549548B2 (en) Interferometric filter wavelength meter and controller
US5841536A (en) Polarization interferometer apparatus using the polarization dependent phase lag in a birefringent retarder
CN108120525A (zh) 光纤光栅温度/应变传感系统及其解调方法
US11874113B2 (en) Bidirectional optical-carrying microwave resonance system based on circulator structure and method for detecting angular velocity by said system
CN109357672B (zh) 一种基于环形器结构的双向光载微波谐振系统及其检测角速度的方法
WO2008047329A2 (en) Method and apparatus for distributed sensing with strokes-locked reference laser
CN104950311A (zh) 基于oeo的自校准的大量程、高精度绝对距离测量系统
CN114579082B (zh) 一种基于激光相位噪声的量子随机数发生器
US5383207A (en) Optical carrier generation using stimulated brillouin scattering
CN104634256A (zh) 一种光纤激光单波自混合干涉位移测量系统
CN103674497A (zh) 窄线宽激光器线宽高精度测量系统
US11378401B2 (en) Polarization-maintaining fully-reciprocal bi-directional optical carrier microwave resonance system and angular velocity measurement method thereof
CN104777376B (zh) 一种激光放大器相位噪声测量系统
US11506477B2 (en) System and method for stabilization of multi-path optical interferometers
US6744793B2 (en) Method and apparatus for stabilizing a broadband source
CN112129229B (zh) 基于光电振荡器的准分布式位移测量装置和方法
CN103344184A (zh) 基于线性腔多波长光纤激光器的自混合波分复用多通道位移传感系统
CN109323690A (zh) 一种保偏全互易双向光载微波谐振系统及其检测角速度的方法
CN105136057A (zh) 光纤光栅应变传感系统

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant
TR01 Transfer of patent right

Effective date of registration: 20171122

Address after: 201210, Shanghai, China (Shanghai) free trade zone, Zhangjiang Road, No. 665, 3, Pudong New Area

Patentee after: State Yao quantum Radar Technology Co., Ltd.

Address before: Jinzhai road in Baohe District of Hefei city of Anhui Province, No. 96 230026

Patentee before: University of Science and Technology of China

TR01 Transfer of patent right