CN108572372B - 分时复用f-p标准具多普勒零频校准装置 - Google Patents

Abstract

本申请公开一种分时复用F‑P标准具多普勒零频校准装置，包括：光纤合束器、非偏振分光反射棱镜组、法布里‑珀罗标准具、第一探测器和第二探测器；通过采用光纤合束器，使回波信号和零频校准信号从非偏振分光棱镜组的同一输入面、同一位置进入非偏振分光棱镜组，避免受到棱镜分光特性的影响，解决了由于回波信号和零频校准信号经过的光路不同，导致的回波信号和零频校准信号分光后在F‑P标准具两个边缘通道中信号强度分配比例不一致，所得的透过率曲线形状不一致，使得零频校准存在误差的问题，从而提高了零频校准的精度。

Description

分时复用F-P标准具多普勒零频校准装置

技术领域

本发明涉及激光遥感、大气探测、光电探测技术领域，尤其涉及一种分时复用F-P标准具多普勒零频校准装置。

背景技术

多普勒测风激光雷达技术具有时空分辨率高、探测精度高、探测范围大、可三维观测等其他探测手段难以比拟的优点。测风激光雷达根据其工作原理主要分为直接探测(非相干探测)技术和外差探测(相干探测)技术。直接探测技术将目标后向散射光在频域上的变化转化为相对强度的变化来进行多普勒频移测量，主要采用边缘技术和条纹成像技术两种方式。边缘技术是利用窄带滤波器，如法布里-珀罗(Fabry-Perot)干涉仪、马赫-曾德(Mach-Zehnder)干涉仪、迈克尔逊(Michelson)干涉仪、光栅、碘分子滤光器等，将信号光频率的移动变成通过滤光器后信号光相对能量的变化，再通过对相对能量的测量来获得多普勒频移信息。

目前，国外利用法布里-珀罗标准具作为核心部件的多普勒激光雷达系统，包括已经投入使用的法国OHP激光雷达系统和美国NASA的GLOW激光雷达系统。

但是上述利用法布里-珀罗标准具作为核心部件的多普勒激光雷达系统均具有自身的缺点，针对这些缺点，现有技术中对利用法布里-珀罗标准具作为核心部件的多普勒激光雷达系统进行了改进，但是一直存在零频校准存在误差，导致零频校准不准确的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种分时复用F-P标准具多普勒零频校准装置，以解决现有技术中零频校准存在误差，导致零频校准不准确的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种分时复用F-P标准具多普勒零频校准装置，包括：

光纤合束器、非偏振分光反射棱镜组、法布里-珀罗标准具、第一探测器和第二探测器；

所述光纤合束器包括第一输入端和第二输入端，以及输出端；

所述第一输入端用于接收零频校准信号，所述第二输入端用于接收大气回波信号，所述大气回波信号和所述零频校准信号具有时间差；

所述零频校准信号或所述大气回波信号经过所述输出端输出，并经准直后输入至所述非偏振分光反射棱镜组；

所述法布里-珀罗标准具包括第一通道和第二通道；

所述非偏振分光反射棱镜组将接收到的信号分为第一信号和第二信号，所述第一信号输入至所述法布里-珀罗标准具的第一通道，所述第二信号输入至所述法布里-珀罗标准具的第二通道；

所述第一探测器用于接收并探测所述第一通道输出的第一信号的强度；

所述第二探测器用于接收并探测所述第二通道输出的第二信号的强度。

优选地，所述分时复用F-P标准具多普勒零频校准装置还包括锁频光纤、锁频分光棱镜、第三探测器、传导光纤和第四探测器，所述法布里-珀罗标准具还包括第三通道；

所述锁频光纤用于接收锁频信号；

所述锁频信号经准直后进入锁频分光棱镜；

所述锁频分光镜将所述锁频信号分为第一锁频信号和第二锁频信号；

所述第一锁频信号输入至所述第三通道；

所述第三探测器用于接收并探测经过所述第三通道输出的第一锁频信号的强度；

所述第二锁频信号输入所述传导光纤中，所述传导光纤与所述第四探测器相连，所述第四探测器用于检测锁频信号的强度。

优选地，所述分时复用F-P标准具多普勒零频校准装置，还包括积分球；

所述积分球包括一个输入孔、第一输出孔和第二输出孔，所述输入孔用于激光束的输入；

所述第一输出孔与所述光纤合束器的第一输入端相连，用于输出零频校准信号；

所述第二输出孔与所述锁频光纤的一端相连，用于输出锁频信号。

优选地，所述光纤合束器的第一输入端、第二输入端和输出端的端面均镀有增透膜。

优选地，所述光纤合束器为2×1熔锥型光纤合束器。

优选地，所述第一通道和所述第二通道为边缘通道，所述第三通道为锁定通道，且所述第一通道、所述第二通道和所述第三通道呈等腰三角形排列。

优选地，所述锁频光纤和所述传导光纤的端面均镀增透膜。

优选地，所述锁频光纤和所述传导光纤的芯径为200μm，数值孔径为0.22。

优选地，所述非偏振分光反射棱镜组包括三块形状相同的具有非偏振特性的直角棱镜，所述直角棱镜的截面为等腰直角三角形；

三个直角棱镜之间的连结面之间借助分子之间的作用力连结在一起。

优选地，所述锁频分光棱镜包括两块形状相同的直角棱镜，所述直角棱镜的截面为等腰直角三角形；

两块直角棱镜的斜面通过分子之间的作用力连结在一起。

经由上述的技术方案可知，本发明提供的分时复用F-P标准具多普勒零频校准装置包括：光纤合束器、非偏振分光反射棱镜组、法布里-珀罗标准具、第一探测器和第二探测器；通过采用光纤合束器，使回波信号和零频校准信号从非偏振分光棱镜组的同一输入面、同一位置进入非偏振分光棱镜组，避免受到棱镜分光特性的影响，解决了由于回波信号和零频校准信号经过的光路不同，导致的回波信号和零频校准信号分光后在F-P标准具两个边缘通道中信号强度分配比例不一致，所得的透过率曲线形状不一致，使的零频校准存在误差的问题，从而提高了零频校准的精度。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的一种分时复用F-P标准具多普勒零频校准装置的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的另一种分时复用F-P标准具多普勒零频校准装置的结构示意图。

具体实施方式

正如背景技术部分所述的现有技术中利用法布里-珀罗标准具作为核心部件的多普勒激光雷达系统一直存在零频校准存在误差，导致零频校准不准确的问题。

具体地，法国OHP激光雷达系统和美国NASA的GLOW激光雷达系统均具有自身的缺点，如GLOW系统采用了边缘检测技术，利用四个分束片将信号光分别送入F-P标准具的三个通道。该系统的光学结构比较复杂，光路调节难度大，信号通过多个分束片后的能量损失比较大，光学效率不高。法国的OHP系统采用了F-P双边缘干涉技术，回波信号的接收由四台望远镜来完成。F-P标准具利用压力来调谐标准具腔长。但是由于发热和环境温度的影响，激光器本身发射频率存在频率漂移，所以即使标准具腔长稳定也无法保证激光器发射频率稳定处于两标准具透过率曲线的交叉点附近。

基于上述提出的缺点，现有技术中出现了基于米散射的直接探测多普勒测风激光雷达，该系统是利用空气隙F-P干涉仪双边缘技术进行频率鉴别，通过压电陶瓷对F-P干涉仪的腔长调节来实现工作点锁定。

还有一种车载多普勒激光雷达系统，通过两根光纤分别将锁定信号与大气回波信号经过准直后导入F-P标准具。其中信号光纤将大气回波信号导入光纤分束器后，分成两路，分别进入F-P标准具的两个信号通道。锁定光纤中的光也被光纤分束器分成两路，作为锁定信号和能量信号。系统采用全光纤结构，利用光纤分束器进行分光，由于紫外波段的光纤透过率较低，光纤分束器存在能量损失，使得整个系统的信号损失较大，对光学效率影响很大。

之后又对该系统进行了改进，鉴频装置改为采用光纤结合非偏振分束棱镜的光学结构，光路调节简单，具有较高的光学效率。该装置还采用了激光发射频率零点校准光纤，用于校准激光频率与标准具的零点偏差。从零频校准光纤导出的信号准直后进入分光棱镜进行分光，然后导入F-P标准具的边缘通道，用于确定激光发射频率相对于标准具两个信号通道的频谱的相对位置，即零多普勒频移的位置。

但是该装置中由于回波信号和零频校准信号分别从分光棱镜的两个不同端面入射进入标准具，导致分光后进入F-P标准具同一通道的信号略有差别，分别为回波信号的透射光和零频校准信号的反射光(回波信号的反射光和零频校准信号的透射光)。由于受到加工条件、光路调节精度、试验条件等因素的限制，分光棱镜结构对光强的透射/反射率不会精确为50/50，使得回波信号和零频校准信号在F-P标准具两个边缘通道中的光强分配比例不同，透过率曲线形状有差异，这样会导致零频校准存在误差。

发明人在研究过程中发现，由于大气回波信号是发射激光脉冲的大气后向散射光，因此，它与零频校准信号在时域上通常有几十微秒的延时，从而可以实现F-P标准具的分时复用。因此，可以考虑设计一种光路，使得回波信号和零频校准信号光路一致，从同一输入面、同一位置进入分光棱镜组，从而解决由于棱镜分光特性差异造成的零频校准误差的问题。

基于此，本发明提供一种分时复用F-P标准具多普勒零频校准装置，其特征在于，包括：

光纤合束器、非偏振分光反射棱镜组、法布里-珀罗标准具、第一探测器和第二探测器；

所述光纤合束器包括第一输入端和第二输入端，以及输出端；

所述第一输入端用于接收零频校准信号，所述第二输入端用于接收大气回波信号，所述大气回波信号和所述零频校准信号具有时间差；

所述零频校准信号或所述大气回波信号经过所述输出端输出，并经准直后输入至所述非偏振分光反射棱镜组；

所述法布里-珀罗标准具包括第一通道和第二通道；

所述非偏振分光反射棱镜组将接收到的信号分为第一信号和第二信号，所述第一信号输入至所述法布里-珀罗标准具的第一通道，所述第二信号输入至所述法布里-珀罗标准具的第二通道；

所述第一探测器用于接收并探测所述第一通道输出的第一信号的强度；

所述第二探测器用于接收并探测所述第二通道输出的第二信号的强度。

本发明提供的分时复用F-P标准具多普勒零频校准装置包括：光纤合束器、非偏振分光反射棱镜组、法布里-珀罗标准具、第一探测器和第二探测器；通过采用光纤合束器，使回波信号和零频校准信号从非偏振分光棱镜组的同一输入面、同一位置进入非偏振分光棱镜组，避免受到棱镜分光特性的影响，解决了由于回波信号和零频校准信号经过的光路不同，导致的回波信号和零频校准信号分光后在F-P标准具两个边缘通道中信号强度分配比例不一致，所得的透过率曲线形状不一致，使的零频校准存在误差的问题，从而提高了零频校准的精度。

下面将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，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。

请参见图1，图1为本发明实施例中提供的一种分时复用F-P标准具多普勒零频校准装置，包括：

光纤合束器15、非偏振分光反射棱镜组18、法布里-珀罗标准具7、第一探测器21和第二探测器22；光纤合束器15包括第一输入端a和第二输入端b，以及输出端c；第一输入端a用于接收零频校准信号，第二输入端b用于接收大气回波信号，大气回波信号和零频校准信号具有时间差；零频校准信号或大气回波信号经过输出端c输出，并经准直后输入至非偏振分光反射棱镜组18；法布里-珀罗标准具7包括第一通道19和第二通道20；非偏振分光反射棱镜组18将接收到的信号分为第一信号和第二信号，第一信号输入至法布里-珀罗标准具7的第一通道19，第二信号输入至法布里-珀罗标准具7的第二通道20；第一探测器21用于接收并探测第一通道19输出的第一信号的强度；第二探测器22用于接收并探测第二通道20输出的第二信号的强度。

需要说明的是，本实施例中第一通道19和第二通道20是法布里-珀罗标准具7的边缘通道。理论上，通过检测经过F-P标准具边缘通道的回波信号的强度变化，可得到多普勒频移。但是由于温度等环境因素的影响，实际情况下出射激光经过边缘通道得到的透过率和F-P标准具的透过率可能存在偏差，会影响多普勒频移。所以，通常分出的一部分激光(如图1中由第二输入端b进入光纤合束器15的激光)，经边缘通道所得的透过率用于校准零频信号，从而消除由出射激光透过率和F-P标准具透过率存在偏差导致的测量误差。

由于大气回波信号是发射激光脉冲的大气后向散射光，因此，它与零频校准信号在时域上通常有几十微秒的延时，从而可以实现F-P标准具的分时复用。由于本发明实施例中，采用的分时复用F-P标准具，因此，本发明实施例中所述的第一信号和第二信号的来源可以是大气回波信号，也可以是零频校准信号。

具体地，大气回波信号可以通过望远镜接收发射激光脉冲的大气后向散射光，然后通过第二输入端b输入至光纤合束器15。零频校准信号来源于发射激光脉冲的一小部分，需要说明的是，本实施例中不限定该小部分激光脉冲的获得方式，可选的，本实施例中可以采用积分球实现。由于积分球的漫反射特性，一方面使得输出光斑变得非常均匀，有利于提高标准具透过率曲线测量的准确性；另一方面会对激光脉冲进行展宽，有利于提高标准具透过率曲线测量的信噪比。

具体的，积分球上包括两个开孔，一个为入射口，用于输入激光，另一个为输出孔，用于输出激光。其中，入射口正对的位置设有挡板；输出孔上安装光纤适配器，以便与后继光纤光路相连接。积分球内壁涂有硫酸钡等高反射性涂层，以形成辐照度均匀的漫反射体。

本实施例中不限定光纤合束器的种类，也不限定光纤合束器的端口数量，由于本发明实施例中光纤合束器的作用为将大气回波信号和零频校准信号传递至同一位置输出，准直后由同一输入面导入非偏振分光棱镜组结构，从而实现F-P标准具的分时复用。因此，为了结构简单，本实施例中可选的，光纤合束器15是2×1光纤合束器(第一个数字代表输入端数，第二个数字代表输出端数)，也即包括第一输入端a、第二输入端b和输出端c，第一输入端a连接积分球的输出孔，用于接收零频校准信号；第二输入端b连接望远镜，用于接收大气回波信号。

需要说明的是，为了保证光纤合束器第一输入端a、第二输入端b和输出端c的光信号能够顺利进入和输出，本实施例中第一输入端a与积分球之间通过光纤适配器14连接；第二输入端b采用光纤调整架23进行调整，输出端c也通过光纤调整架16进行调整。

为了保证光纤合束器15的输出端c输出光信号后，光信号能够垂直非偏振分光棱镜组18的一个端面，从而方便后续非偏振分光棱镜组18和F-P标准具的调整，本实施例中还可以包括第一准直镜17，光纤合束器15的输出端c经过光纤调整架16的调整，位于第一准直镜17的焦点位置，从而使得光信号通过第一准直镜17形成平行光束，以便垂直于非偏振分光棱镜组18的端面进入非偏振分光棱镜组18进行分光。

本实施例中不限定非偏振分光棱镜组18的具体结构，只要能够实现分光即可。本实施例中如图1中所示，非偏振分光棱镜组18包括：三块形状相同的具有非偏振特性的直角棱镜，所述直角棱镜的截面为等腰直角三角形；三个直角棱镜之间的连结面之间借助分子之间的作用力连结在一起。具体的，三块等腰直角棱镜中的两块直角棱镜斜面相对组成分光棱镜组，第三块直角棱镜作为反射棱镜。请参见图1中所示，光线从棱镜直角面垂直入射会在斜面上发生全反射。将棱镜的连结面抛光至一定平面度要求后，三块棱镜可直接由分子间作用力通过光学连结成为一个整体，不需额外再借助其他任何工具。用做分光的两块棱镜的斜面作为分光面，两个分光面之间镀有透射/反射率为50/50的半透半反膜。光纤合束器15输出光垂直入射分光棱镜直角面，在分光面上一半透射，一半反射，实现分光。透射光直接垂直入射到F-P标准具的第一通道19。反射光进入反射棱镜，在斜面上发生全反射，使光路偏折90度，然后垂直入射F-P标准具的第二通道20。本实施例中可选的，所述棱镜结构入射面和出射面均镀有增透膜，增加棱镜的透过率，提高装置的光学效率，另外，该分光结构所用棱镜材料相同，由分子作用力直接连结，减少了端面反射，进一步提高了装置的光学效率。本实施例中光纤合束器15的第一输入端、第二输入端和输出端的端面还可以镀有增透膜，可以增加端面的透过率，提高装置的光学效率。

本实施例中提供的分时复用F-P标准具多普勒零频校准装置工作时，请参见图1，激光器发射的一小部分激光，经积分球内部漫散射，均匀地耦合到零频校准光纤合束器15的第一输入端a，用于传输零频校准信号。

激光器发射的大部分激光经过大气后向散射，被望远镜(图中未示出)接收并输出至光纤合束器15的第二输入端b，用于传输大气回波信号，需要说明的是，大气回波信号与零频校准信号在时域上通常有几十微秒的延时，因此两者的传递是分别进行的。

大气回波信号或零频校准信号由光纤合束器15的输出端c输出，经过准直镜17准直后垂直入射非偏振分光棱镜进行分光，然后进入F-P标准具的第一通道19和第二通道20，然后分别被第一探测器21和第二探测器22探测，并检测出零频校准信号和大气回波信号的强度变化，再转化成多普勒频移。

通过上面工作原理可以看出，大气回波信号和零频校准信号之间存在时间差，通过利用这部分时间差，实现F-P标准具的分时复用，使得大气回波信号和零频校准信号经过的非偏振分光棱镜的端面和位置相同，由于大气回波信号和零频校准信号光路一致，从同一输入面、同一位置进入分光棱镜组，不受棱镜组分光特性的影响，不存在由于两种信号光强分配比例不同导致的透过率曲线形状不同的问题，从而解决了由于棱镜分光特性差异造成的零频校准存在误差、不准确的问题，大大提高了零频校准的精度。

双边缘技术中，要求激光中心频率位于边缘通道透过率曲线的交叉点处。但是实际情况下，激光频率可能存在漂移量，如对现有技术的分析中所述，法国的OHP系统采用了F-P双边缘干涉技术，回波信号的接收由四台望远镜来完成。F-P标准具利用压力来调谐标准具腔长。但是由于发热和环境温度的影响，激光器本身发射频率存在频率漂移，所以即使F-P标准具腔长稳定也无法保证激光器发射频率稳定处于F-P标准具两透过率曲线的交叉点附近。而锁频装置可以检测漂移量，并通过反馈系统调节F-P标准具，使激光频率锁定在边缘通道透过率曲线的交叉点上。

基于此，本发明另一实施例还提供一种分时复用F-P标准具多普勒零频校准装置，如图2所示，在上一实施例基础上，还包括：锁频光纤3、锁频分光棱镜6、第三探测器9、传导光纤12和第四探测器13，法布里-珀罗标准具7还包括第三通道8；锁频光纤3用于接收锁频信号；锁频信号经准直后进入锁频分光棱镜6；锁频分光镜6将锁频信号分为第一锁频信号和第二锁频信号；第一锁频信号输入至第三通道8；第三探测器9用于接收并探测经过第三通道8输出的第一锁频信号的强度；第二锁频信号输入传导光纤12中，传导光纤12与第四探测器13相连，第四探测器13用于检测锁频信号的强度。

需要说明的是，本实施例中不限定锁频信号的来源，与上述零频校准信号的来源相似的，本实施例中锁频信号也可以采用积分球得到。获得锁频信号的积分球和获得零频校准信号的积分球可以分离的，每个信号对应一个积分球，还可以采用同一个积分球实现，为了使得分时复用F-P标准具多普勒零频校准装置结构简单且紧凑，本实施例中可选的，获得锁频信号的积分球和获得零频校准信号的积分球为同一个积分球，如图2中所示，该积分球1包括一个输入孔(图中未示出)、第一输出孔和第二输出孔，输入孔用于激光束的输入；第一输出孔与光纤合束器15的第一输入端a相连，用于输出零频校准信号；第二输出孔与锁频光纤3的一端相连，用于输出锁频信号。可选的，如图2中所示，第一输出孔通过光纤适配器14与光纤合束器15的第一输入端a相连；第二输出孔通过光纤适配器2与锁频光纤3的一端相连。

锁频光纤3的另一端安装在光纤调整架4上，通过光纤调整架4调整出光方向和位置。

本实施例中为了调整各个光学元件之间的位置关系，可选的，使得锁频信号垂直锁频分光棱镜6的端面入射至锁频分光棱镜6中，因此，本实施例中还包括准直透镜5，准直透镜5将锁频信号准直后，垂直于锁频分光棱镜6的端面入射至锁频分光棱镜6中，通过锁频分光棱镜6的分光，分为第一锁频信号和第二锁频信号，第一锁频信号经过法布里-珀罗7的第三通道8出射至第三探测器9，第二锁频信号汇聚透镜10会聚后，再经过传导光纤12传输至第四探测器13，其中传导光纤12的一端连接光纤调整架11，用于调整光纤的输入。

需要说明的是，本发明实施例中，第三通道8为锁定通道，第一通道和所述第二通道为边缘通道，且所述第一通道、所述第二通道和所述第三通道呈等腰三角形排列。本实施例中锁频分光棱镜6包括两块形状相同的直角棱镜，所述直角棱镜的截面为等腰直角三角形；两块直角棱镜的斜面通过分子之间的作用力连结在一起。入射面、出射面镀有增透膜，锁频光纤端面也镀有增透膜，大大提高了整个鉴频锁频装置的光学效率。另外，所述锁频光纤和所述传导光纤均为多模光纤，芯径为200μm，数值孔径为0.22。

本实施例中通过增加锁频光纤和锁频分光棱镜，使得第三探测器9和第四探测器13分别检测锁频信号强度和通过锁定通道后的强度，两者相比可得锁定信号透过率。

本发明实施例中提供的分时复用F-P标准具多普勒零频校准装置的工作原理分为零频校准和锁频两部分，零频校准部分可以参见上面实施例中所述，本实施例中对此不做详细赘述，关于锁频部分的工作原理，请参见图2，具体为：

激光器发射的一小部分激光，经积分球内部漫散射，均匀地耦合到积分球的第二输出孔，并经过光纤适配器2耦合进锁频光纤3中。

经过锁频光纤3的另一端输出，并经过光纤调整架4进行调整输出特定位置和特定方向。

通过准直透镜5进行准直，垂直入射至锁频分光棱镜6中，分为透射光和反射光。

其中，透射光为第一锁频信号，直接入射至法布里-珀罗7的锁定通道(第三通道8)中，然后经过第三探测9检测通过锁定通道后的锁频信号的强度。

反射光为第二锁频信号，经过两个等腰直角三角棱镜的连结面后，传输方向偏转90°，反射出的光经过会聚透镜10会聚后，再经过传导光纤12传输至第四探测器13，通过第四探测器13检测锁频信号的强度。

将第三探测9检测通过锁定通道后的锁频信号的强度与第四探测器13检测的锁频信号的强度相比可得锁定信号透过率。

本发明实施例中提供的分时复用F-P标准具多普勒零频校准装置，相对于上一实施例中提供的分时复用F-P标准具多普勒零频校准装置，补充了多普勒测风激光雷达中的锁频装置，可检测激光频率的漂移量，用于F-P标准具的激光频率的跟踪锁定。通过调谐标准具的腔长，使激光频率锁定在两个边缘通道透过率曲线的交叉点上。

最后，需要说明的是，本实施例中第一探测器21、第二探测器22、第三探测器9、第四探测器13均有模拟计数和光子计数两种采集方式。信号较强时，采用模拟采集模式，信号较弱时，采用光子计数模式。同时，利用可编程门控，根据探测范围，调整输出的门控信号。输出低电平时，屏蔽探测器采集的信号，输出高电时，采集大气的后向散射信号。在近场，门控信号输出低电平，使近场可能令探测器工作在非线性区的强信号被屏蔽。在所需的探测范围处，门控信号输出高电平，开始采集大气回波信号。

本发明为分时复用F-P标准具多普勒零频校准装置，解决了由于棱镜分光特性造成零频校准存在误差的问题。可应用于基于双边缘技术的多普勒测风激光雷达中。该装置结构紧凑，光学效率高，零频校准准确。

本发明与现有技术相比，其优点有：

1)现有的多普勒鉴频装置的大气回波信号和零频校准信号分别需要经过一套独立的光学结构进行分光，准直后垂直入射棱镜分光结构。本发明采用光纤合束器，使回波信号和零频校准信号共用分光光路和器件，简化了鉴频装置的结构，实现了F-P标准具的分时复用，同时也降低了光路调节的难度。

2)现有的多普勒鉴频装置中，大气回波信号和零频校准信号分别从分光棱镜的两个不同方向的输入面垂直入射。由于加工精度，光路调节，试验条件等因素的限制，棱镜组分光面对光强的透射/反射率不会严格为50/50，这样会导致回波信号和零频校准信号分光后在F-P标准具两个边缘通道中信号强度分配比例不一致，所得的透过率曲线形状不一致，从而使零频校准存在误差。本发明采用光纤合束器，使回波信号和零频校准信号从同一输入面、同一位置进入分光棱镜组，避免受到棱镜分光特性的影响，解决了上述问题，提高了零频校准的精度。

3)本发明中补充了多普勒测风激光雷达中的锁频装置，可检测激光频率的漂移量，用于标准具的激光频率的跟踪锁定。通过调谐标准具的腔长，使激光频率锁定在两个边缘通道透过率曲线的交叉点上。锁频装置中分光棱镜组采用分子间作用力连接，入射面、出射面镀有增透膜，锁频光纤端面也镀有增透膜，大大提高了整个鉴频锁频装置的光学效率。

需要说明的是，本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可。

还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括上述要素的物品或者设备中还存在另外的相同要素。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种分时复用F-P标准具多普勒零频校准装置，其特征在于，包括：

光纤合束器、非偏振分光反射棱镜组、法布里-珀罗标准具、第一探测器和第二探测器；

所述光纤合束器包括第一输入端和第二输入端，以及输出端；

所述第一输入端用于接收零频校准信号，所述第二输入端用于接收大气回波信号，所述大气回波信号和所述零频校准信号在时域上具有几十微秒的延时；

所述零频校准信号或所述大气回波信号经过所述输出端输出，并经准直后输入至所述非偏振分光反射棱镜组；

所述法布里-珀罗标准具包括第一通道和第二通道；

所述非偏振分光反射棱镜组将接收到的信号分为第一信号和第二信号，所述第一信号输入至所述法布里-珀罗标准具的第一通道，所述第二信号输入至所述法布里-珀罗标准具的第二通道；

所述第一探测器用于接收并探测所述第一通道输出的第一信号的强度；

所述第二探测器用于接收并探测所述第二通道输出的第二信号的强度。

2.根据权利要求1所述的分时复用F-P标准具多普勒零频校准装置，其特征在于，还包括锁频光纤、锁频分光棱镜、第三探测器、传导光纤和第四探测器，所述法布里-珀罗标准具还包括第三通道；

所述锁频光纤用于接收锁频信号；

所述锁频信号经准直后进入锁频分光棱镜；

所述锁频分光镜将所述锁频信号分为第一锁频信号和第二锁频信号；

所述第一锁频信号输入至所述第三通道；

所述第三探测器用于接收并探测经过所述第三通道输出的第一锁频信号的强度；

所述第二锁频信号输入所述传导光纤中，所述传导光纤与所述第四探测器相连，所述第四探测器用于检测锁频信号的强度。

3.根据权利要求2所述的分时复用F-P标准具多普勒零频校准装置，其特征在于，还包括积分球；

所述积分球包括一个输入孔、第一输出孔和第二输出孔，所述输入孔用于激光束的输入；

所述第一输出孔与所述光纤合束器的第一输入端相连，用于输出零频校准信号；

所述第二输出孔与所述锁频光纤的一端相连，用于输出锁频信号。

4.根据权利要求1所述的分时复用F-P标准具多普勒零频校准装置，其特征在于，所述光纤合束器为2×1熔锥型光纤合束器。

5.根据权利要求1所述的分时复用F-P标准具多普勒零频校准装置，其特征在于，所述的光纤合束器的第一输入端、第二输入端和输出端的端面均镀有增透膜。

6.根据权利要求2所述的分时复用F-P标准具多普勒零频校准装置，其特征在于，所述第一通道和所述第二通道为边缘通道，所述第三通道为锁定通道，且所述第一通道、所述第二通道和所述第三通道呈等腰三角形排列。

7.根据权利要求2所述的分时复用F-P标准具多普勒零频校准装置，其特征在于，所述锁频光纤和所述传导光纤的端面均镀增透膜。

8.根据权利要求2所述的分时复用F-P标准具多普勒零频校准装置，其特征在于，所述锁频光纤和所述传导光纤的芯径为200μm，数值孔径为0.22。

9.根据权利要求1所述的分时复用F-P标准具多普勒零频校准装置，其特征在于，所述非偏振分光反射棱镜组包括三块形状相同的具有非偏振特性的直角棱镜，所述直角棱镜的截面为等腰直角三角形；

三个直角棱镜之间的连结面之间借助分子之间的作用力连结在一起。

10.根据权利要求2所述的分时复用F-P标准具多普勒零频校准装置，其特征在于，所述锁频分光棱镜包括两块形状相同的直角棱镜，所述直角棱镜的截面为等腰直角三角形；

两块直角棱镜的斜面通过分子之间的作用力连结在一起。

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