CN110031128B - 一种自差频受激布里渊散射水温测量方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提出一种自差频受激布里渊散射水温测量方法，单频脉冲激光器发射P偏振态脉冲激光，经第一偏振分束片分成探测激光束和参考激光束；参考激光束所对应的S方向偏振光与探测激光束使被测海水产生的后向受激布里渊散射光信号所对应的S方向偏振光，二者通过50%合束片合束后，会在两高速探测器的光敏面上分别干涉产生差频光信号，高速探测器将差频光信号转变为差频电信号，通过两宽带放大器将差频电信号进行放大，将两路差频电信号输入到宽带示波器的两个通道；通过宽带示波器同时显示两路差频电信号，对两路差频电信号进行处理，可得出一差频频率，根据差频频率可计算出被测海水的温度。上述测量方法能有效减少背景噪声的影响，提高测温的精度。

Description

一种自差频受激布里渊散射水温测量方法
技术领域
本发明涉及海水温度测量技术领域，尤其涉及一种自差频受激布里渊散射水温测量方法。
背景技术
目前，激光散射技术在海水温度遥感测量中具有广泛应用，其中拉曼散射和布里渊散射对海水温度测量具有重要意义。拉曼散射和布里渊散射海水温度测量技术具有高分辨率、高效率、非接触测量等优点。蓝绿激光处于海水透射窗口，在水中传输时衰减系数较小，而拉曼散射的激发光和拉曼散射光不能同时处于蓝绿波段范围，因此基于拉曼散射的海水温度测量技术探测能力受到限制。基于布里渊散射的海水温度测量技术还基本处于实验室研究阶段，其现场水温的非接触测量实用化进程还有很长的路要走。虽然布里渊散射海水温度激光测量技术通过改进激光技术和鉴频技术得到了很大发展，取得了很多阶段性成果，但每种方法也都还有难以克服的问题。
下面举例说明现有技术中基于布里渊散射进行海水温度测量的方法及其存在的相关问题。方法如下：超出一定峰值功率的蓝绿脉冲激光入射到水中可以产生受激布里渊散射，不同水温的SBS(受激布里渊散射)频移大约在7.5GHz左右，由于散射频移较高，一般采用F-P干涉仪与ICCD成像相结合的方法进行频移测量，再反演出水温。上述测量方法所依据的测量系统结构复杂并且测温精度不高，而且扫描F-P干涉仪所需测量时间长，抗震能力差；而ICCD的像素尺寸较大，限制了布里渊散射的测量精度。
发明内容
为了解决现有技术中存在的问题，本发明提出了一种自差频受激布里渊散射水温测量方法，以便有效的减少背景噪声的影响，提高测温的精度。
为了实现上述目的，本发明提出了一种自差频受激布里渊散射水温测量方法，所述方法包括以下步骤：
步骤1、触发单频脉冲激光器发射P偏振态脉冲激光，所述P偏振态脉冲激光经第一偏振分束片进行分束，一部分激光透过第一偏振分束片作为探测水温的探测激光束，另一部分激光由第一偏振分束片反射作为参考激光束；
步骤2、探测激光束经第二偏振分束片进行分束，透过所述第二偏振分束片的探测激光束经过四分之一波片后变为圆偏振光，再由透镜组聚焦在被测海水中，使被测海水在焦点处产生受激布里渊散射，后向受激布里渊散射光信号沿原路返回后再次通过四分之一波片，光偏振方向变为S方向，再由所述第二偏振分束片反射后通过50％合束片，所述50％合束片对于S方向偏振光反射率与透射率都是50％，透过所述50％合束片的S方向的偏振光经第一透镜聚焦入射到第一高速探测器的光敏面上，经所述50％合束片反射的S方向的偏振光经第二透镜聚焦入射到第二高速探测器的光敏面上；
同时，参考激光束经过光延时器延时后，由全反镜反射并通过二分之一波片，变为S方向偏振光，该S方向偏振光再通过所述50％合束片，透过所述50％合束片的S方向的偏振光经第二透镜聚焦入射到第二高速探测器的光敏面上，经所述50％合束片反射的S方向的偏振光经第一透镜聚焦入射到第一高速探测器的光敏面上；
步骤3、参考激光束所对应的S方向偏振光与探测激光束使被测海水产生的后向受激布里渊散射光信号所对应的S方向偏振光，二者通过50％合束片合束后，会在第一高速探测器以及第二高速探测器的光敏面上分别干涉产生差频光信号，所述第一高速探测器以及第二高速探测器将差频光信号转变为差频电信号，分别通过第一宽带放大器和第二宽带放大器将差频电信号进行放大，之后将两路差频电信号输入到宽带示波器的两个通道；
步骤4、通过宽带示波器同时显示两路差频电信号，对两路差频电信号进行处理，可得出一差频频率，根据差频频率可计算出被测海水的温度。
优选的是，在所述步骤1中，透过所述第一偏振分束片的激光占95％以上。
优选的是，在所述步骤2中，透过所述第二偏振分束片的探测激光束占95％以上。
优选的是，在所述步骤4中，对两路差频电信号进行求均值的处理，得出相应的差频频率。
优选的是，通过调节透镜组，改变透镜组的焦距，使透过所述第二偏振分束片的探测激光束经过四分之一波片后可由透镜组聚焦在被测海水的不同水深位置，同时对应调节光延时器的延时时间，确保能够在第一高速探测器以及第二高速探测器的光敏面上干涉产生差频光信号，以实现不同深度海水温度的测量。
本发明的该方案的有益效果在于上述自差频受激布里渊散射水温测量方法能够有效的减少背景噪声的影响，提高测温的精度。
附图说明
图1示出了本发明所涉及的水温测量所用到的器件的分布示意图。
附图标记：1-单频脉冲激光器，2-第一偏振分束片，3-第二偏振分束片，4-四分之一波片，5-透镜组，6-50％合束片，7-光延时器，8-全反镜，9-二分之一波片，10-第一透镜，11-第一高速探测器，12-第一宽带放大器，13-宽带示波器，14-第二透镜，15-第二高速探测器，16-第二宽带放大器，A-被测海水。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步的说明。
如图1所示，本发明所涉及的自差频受激布里渊散射水温测量方法包括以下步骤：
步骤1、触发单频脉冲激光器1发射P偏振态脉冲激光，所述P偏振态脉冲激光经第一偏振分束片2进行分束，一部分激光透过第一偏振分束片2作为探测水温的探测激光束，另一部分激光由第一偏振分束片2反射作为参考激光束。具体的透过第一偏振分束片2的激光占95％以上。
步骤2、探测激光束经第二偏振分束片3进行分束，透过所述第二偏振分束片3的探测激光束(占95％以上)经过四分之一波片4后变为圆偏振光，再由透镜组5聚焦在被测海水A中，使被测海水A在焦点处产生受激布里渊散射，后向受激布里渊散射光信号沿原路返回后再次通过四分之一波片4，光偏振方向变为S方向，再由所述第二偏振分束片3反射后通过50％合束片6(所述50％合束片6对于S方向偏振光反射率与透射率都是50％)，透过所述50％合束片6的S方向的偏振光经第一透镜10聚焦入射到第一高速探测器11的光敏面上，经所述50％合束片6反射的S方向的偏振光经第二透镜14聚焦入射到第二高速探测器15的光敏面上；
同时，参考激光束经过光延时器7延时后，由全反镜8反射并通过二分之一波片9，变为S方向偏振光，该S方向偏振光再通过所述50％合束片6，透过所述50％合束片6的S方向的偏振光经第二透镜14聚焦入射到第二高速探测器15的光敏面上，经所述50％合束片6反射的S方向的偏振光经第一透镜10聚焦入射到第一高速探测器11的光敏面上。
步骤3、参考激光束所对应的S方向偏振光与探测激光束使被测海水A产生的后向受激布里渊散射光信号所对应的S方向偏振光，二者通过50％合束片6合束后，会在第一高速探测器11以及第二高速探测器15的光敏面上分别干涉产生差频光信号，所述第一高速探测器11以及第二高速探测器15将差频光信号转变为差频电信号，分别通过第一宽带放大器12和第二宽带放大器16将差频电信号进行放大，之后将两路差频电信号输入到宽带示波器13的两个通道。
步骤4、通过宽带示波器13同时显示两路差频电信号，对两路差频电信号进行处理，可得出一差频频率，根据差频频率可计算出被测海水A的温度。在本实施例中，对两路差频电信号进行求均值的处理，得出相应的差频频率。具体的差频电信号的频率与被测海水A的温度之间的关系可通过前期大量的试验获得，因此二者之间的关系属于已知内容。
通过调节透镜组5，改变透镜组5的焦距，使透过所述第二偏振分束片3的探测激光束经过四分之一波片4后可由透镜组5聚焦在被测海水A的不同水深位置，同时对应调节光延时器7的延时时间，确保能够在第一高速探测器11以及第二高速探测器15的光敏面上干涉产生差频光信号，以实现不同深度海水温度的测量。
本发明所涉及的自差频受激布里渊散射水温测量方法能够有效的减少背景噪声的影响，提高测温的精度。

Claims (1)

1.一种自差频受激布里渊散射水温测量方法，其特征在于：所述方法包括以下步骤：
步骤1、触发单频脉冲激光器发射P偏振态脉冲激光，所述P偏振态脉冲激光经第一偏振分束片进行分束，一部分激光透过第一偏振分束片作为探测水温的探测激光束，另一部分激光由第一偏振分束片反射作为参考激光束；其中，透过所述第一偏振分束片的激光占95％以上；
步骤2、探测激光束经第二偏振分束片进行分束，其中，透过所述第二偏振分束片的探测激光束占95％以上，透过所述第二偏振分束片的探测激光束经过四分之一波片后变为圆偏振光，再由透镜组聚焦在被测海水中，使被测海水在焦点处产生受激布里渊散射，后向受激布里渊散射光信号沿原路返回后再次通过四分之一波片，光偏振方向变为S方向，再由所述第二偏振分束片反射后通过50％合束片，所述50％合束片对于S方向偏振光反射率与透射率都是50％，透过所述50％合束片的S方向的偏振光经第一透镜聚焦入射到第一高速探测器的光敏面上，经所述50％合束片反射的S方向的偏振光经第二透镜聚焦入射到第二高速探测器的光敏面上；
同时，参考激光束经过光延时器延时后，由全反镜反射并通过二分之一波片，变为S方向偏振光，该S方向偏振光再通过所述50％合束片，透过所述50％合束片的S方向的偏振光经第二透镜聚焦入射到第二高速探测器的光敏面上，经所述50％合束片反射的S方向的偏振光经第一透镜聚焦入射到第一高速探测器的光敏面上；
步骤3、参考激光束所对应的S方向偏振光与探测激光束使被测海水产生的后向受激布里渊散射光信号所对应的S方向偏振光，二者通过50％合束片合束后，会在第一高速探测器以及第二高速探测器的光敏面上分别干涉产生差频光信号，所述第一高速探测器以及第二高速探测器将差频光信号转变为差频电信号，分别通过第一宽带放大器和第二宽带放大器将差频电信号进行放大，之后将两路差频电信号输入到宽带示波器的两个通道；
步骤4、通过宽带示波器同时显示两路差频电信号，对两路差频电信号进行处理，可得出一差频频率，根据差频频率可计算出被测海水的温度，其中，对两路差频电信号进行求均值的处理，得出相应的差频频率；
上述步骤中，通过调节透镜组，改变透镜组的焦距，使透过所述第二偏振分束片的探测激光束经过四分之一波片后可由透镜组聚焦在被测海水的不同水深位置，同时对应调节光延时器的延时时间，确保能够在第一高速探测器以及第二高速探测器的光敏面上干涉产生差频光信号，以实现不同深度海水温度的测量。
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