CN110673156A - 一种双光束受激布里渊散射机载海洋激光雷达系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种双光束受激布里渊散射机载海洋激光雷达系统，其中532nm波长光束经透镜聚焦到水面上溢油层或水面下悬浮溢油中并激发受激布里渊散射，而355nm波长光速在经过准直以后直接入射到水面上溢油层并激发受激布里渊散射信号，散射信号由其相位共轭特性沿背向180°返回，再次经过四分之一波片后变成竖直偏振，并被PBS反射到信号接收系统。本发明通过布里渊激光雷达探测回波信号的频率变化监测海面溢油污染，从而能大范围实时地探测海洋表面是否有溢油污染，且本发明的系统受到自然环境的噪声光干扰小，探测精度高。

Description

一种双光束受激布里渊散射机载海洋激光雷达系统
技术领域
本发明涉及一种激光雷达系统装置，具体涉及一种双光束受激布里渊散射机载海洋激光雷达系统。
背景技术
石油泄漏后会在水面形成一层油膜，这层油膜会阻碍海洋表面的水分蒸发，影响大气与水体的热交换及海水温度。而随着时间的推移，溢油会以乳化状态存在于海洋表面，这种乳状液通常很黏，不容易消散。同时，溢油在阳光及风的作用下散发出多种有毒有害物质，将对海洋周边环境和海洋生态环境产生短期或长期的影响，使自然环境、生态资源受到损害，甚至严重危害人体健康。乳化过程会使溢油清除工作更困难,妨碍了大多数机械回收设备的有效操作。现有技术中缺少有效监测海洋溢油的设备和方法。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供一种双光束受激布里渊散射机载海洋激光雷达系统，采用受激布里渊散射激光雷达探测技术，重点探测海洋表面的溢油污染，通过测量溢油及其乳化过程中的受激布里渊散射光谱来反演分析弹性模量的变化，实时分析监测海洋溢油，有效的解决海洋溢油所造成的海洋环境污染问题。
本发明为解决上述问题所提供的技术方案为：
一种双光束受激布里渊散射机载海洋激光雷达系统，其特征在于，该系统包括双光束水平偏振光发射系统、偏振分光镜一、λ/4波片一、反射镜一、聚焦单元、反射镜三、凸透镜一、针孔滤波器一、凹透镜一、F-P标准具一、ICCD一、偏振分光镜二、λ/4波片二、反射镜二、反射镜四、由凸透镜二、针孔滤波器二、凹透镜二、F-P标准具二、ICCD二、计算机、时序控制单元；
所述的双光束水平偏振光发射系统包括发射出nm基频光激光器、倍频晶体、λ/2波片一和λ/2波片二，所述的激光器发出两束基频光，经二倍频、三倍频后分别输出532nm及355nm的泵浦光，并经λ/2波片一和λ/2波片二后变成532nm及355nm的水平偏振泵浦光；
所述532nm水平偏振泵浦光依次经过偏振分光镜一、λ/4波片一、反射镜一和由凹透镜和凸透镜组成的聚焦单元，聚焦到海水表面的溢油层或水面下的悬浮溢油中并激发受激布里渊散射，由于位相共轭效应产生后向的受激布里渊散射光谱，后向受激布里渊散射光通过反射镜一、λ/4波片一、偏振分光镜一、反射镜三、由凸透镜一、针孔滤波器一、凹透镜一组成的准直滤波单元一、F-P标准具一，后被ICCD一接收；
所述355nm水平偏振泵浦光依次经过偏振分光镜二、λ/4波片二、反射镜二入射到海水表面的溢油层，并激发受激布里渊散射信号，后向受激布里渊散射光通过反射镜二、λ/4波片二、偏振分光镜二、反射镜四、由凸透镜二、针孔滤波器二、凹透镜二组成的准直滤波单元二、F-P标准具二后，被ICCD二接收，计算机对ICCD一和ICCD二进行处理；
所述的时序控制单元与所述的ICCD一、ICCD二和基频光激光器连接，用于实时控制基频光激光器和ICCD一、ICCD二的脉冲信号，以致使发射信号和ICCD一、ICCD二的时序信号同步。
进一步地，所述的聚焦单元的聚焦距离为0-200m。
进一步地，所述的1064nm基频光激光器为种子注入脉冲Nd：YAG激光器。
进一步地，所述的F-P标准具一和F-P标准具二的自由光谱范围为0～19.6GHz。
进一步地，所述的ICCD一、ICCD二的门控时间可达2ns。
与现有技术相比，本发明的有益效果如下：
本发明的双光束受激布里渊散射机载海洋激光雷达系统，通过布里渊激光雷达探测回波信号的频率变化监测海面溢油污染，从而能大范围实时地探测海洋表面是否有溢油污染，且本发明的系统受到自然环境的噪声光干扰小，探测精度高。
附图说明
图1为本发明的双光束受激布里渊散射机载海洋激光雷达系统的原理示意图；
图中，种子注入脉冲Nd：YAG激光器1、1/2波片一2、偏振分光镜一3、1/4波片一4、反射镜一5、聚焦系统6、海水7、反射镜二8、凸透镜一9、针孔滤波器一10、凹透镜一11、F-P标准具12、ICCD一13、1/2波片二14、偏振分光镜二15、1/4波片二16、反射镜三17、溢油层18、反射镜四19、凸透镜二20、针孔滤波器二21、凹透镜二22、F-P标准具二23、ICCD二24、计算机25、DG535 26。
具体实施方式
下面根据附图和优选实施例详细描述本发明，本发明的目的和效果将变得更加明白，应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
如图1所示，本发明的双光束受激布里渊散射机载海洋激光雷达系统，双光束受激布里渊散射机载海洋激光雷达系统，其特征在于，该系统包括双光束水平偏振光发射系统、偏振分光镜一3、λ/4波片一4、反射镜一5、聚焦单元6、反射镜三8、凸透镜一9、针孔滤波器一10、凹透镜一11、F-P标准具一12、ICCD一13、偏振分光镜二15、λ/4波片二16、反射镜二17、反射镜四19、由凸透镜二20、针孔滤波器二21、凹透镜二22、F-P标准具二23、ICCD二24、计算机25、时序控制单元26；
双光束水平偏振光发射系统包括发射出1064nm基频光激光器、倍频晶体、λ/2波片一2和λ/2波片二14，激光器发出两束基频光，经二倍频、三倍频后分别输出532nm及355nm的泵浦光，并经λ/2波片一2和λ/2波片二14后变成532nm及355nm的水平偏振泵浦光；
532nm水平偏振泵浦光依次经过偏振分光镜一3、λ/4波片一4、反射镜一5和由凹透镜和凸透镜组成的聚焦单元6，聚焦到海水表面7的溢油层18或水面下的悬浮溢油中并激发受激布里渊散射，由于位相共轭效应产生后向的受激布里渊散射光谱，后向受激布里渊散射光通过反射镜一5、λ/4波片一4、偏振分光镜一3、反射镜三8、由凸透镜一9、针孔滤波器一10、凹透镜一11组成的准直滤波单元一、F-P标准具一12，后被ICCD一13接收；
355nm水平偏振泵浦光依次经过偏振分光镜二15、λ/4波片二16、反射镜二17入射到海水7表面的溢油层，并激发受激布里渊散射信号，后向受激布里渊散射光通过反射镜二17、λ/4波片二16、偏振分光镜二15、反射镜四19、由凸透镜二20、针孔滤波器二21、凹透镜二22组成的准直滤波单元二、F-P标准具二23后，被ICCD二24接收，计算机25对ICCD一13和ICCD二24进行处理；
时序控制单元26与ICCD一13、ICCD二24和基频光激光器1连接，用于实时控制基频光激光器1和ICCD一13、ICCD二24的脉冲信号，以致使发射信号和ICCD一13、ICCD二24的时序信号同步。
时序控制系统26由高精度的同步控制器DG535来精确控制，激光器的输出功率及时域信号分别用激光功率计及示波器来实时监控。
为了远距离大范围监测海洋表面溢油污染，将聚焦单元的聚焦距离设置为0-200m。
为了使基频光经过二倍频、三倍频分别得到532nm和355nm光束，所述的1064nm基频光激光器1为种子注入脉冲Nd：YAG激光器。
由于海水的布里渊散射频移～7.5GHz，所述的F-P标准具一12和F-P标准具二23的自由光谱范围为0～19.6GHz。
为了探测到后向受激布里渊散射信号，所述的ICCD一13、ICCD二24的门控时间可达2ns。
本发明的有益效果是：通过测量溢油及其乳化过程中的受激布里渊散射光谱来反演分析弹性模量的变化，实时分析监测海洋溢油，有效的解决海洋溢油所造成的海洋环境污染问题。
本领域普通技术人员可以理解，以上所述仅为发明的优选实例而已，并不用于限制发明，尽管参照前述实例对发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实例记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在发明的精神和原则之内，所做的修改、等同替换等均应包含在发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种双光束受激布里渊散射机载海洋激光雷达系统，其特征在于，该系统包括双光束水平偏振光发射系统、偏振分光镜一(3)、λ/4波片一(4)、反射镜一(5)、聚焦单元(6)、反射镜三(8)、凸透镜一(9)、针孔滤波器一(10)、凹透镜一(11)、F-P标准具一(12)、ICCD一(13)、偏振分光镜二(15)、λ/4波片二(16)、反射镜二(17)、反射镜四(19)、由凸透镜二(20)、针孔滤波器二(21)、凹透镜二(22)、F-P标准具二(23)、ICCD二(24)、计算机(25)、时序控制单元(26)；
所述的双光束水平偏振光发射系统包括发射出1064nm基频光激光器、倍频晶体、λ/2波片一(2)和λ/2波片二(14)，所述的激光器发出两束基频光，经二倍频、三倍频后分别输出532nm及355nm的泵浦光，并经λ/2波片一(2)和λ/2波片二(14)后变成532nm及355nm的水平偏振泵浦光。
所述532nm水平偏振泵浦光依次经过偏振分光镜一(3)、λ/4波片一(4)、反射镜一(5)和由凹透镜和凸透镜组成的聚焦单元(6)，聚焦到海水表面的溢油层或水面下的悬浮溢油中并激发受激布里渊散射，由于位相共轭效应产生后向的受激布里渊散射光谱，后向受激布里渊散射光通过反射镜一(5)、λ/4波片一(4)、偏振分光镜一(3)、反射镜三(8)、由凸透镜一(9)、针孔滤波器一(10)、凹透镜一(11)组成的准直滤波单元一、F-P标准具一(12)，后被ICCD一(13)接收；
所述355nm水平偏振泵浦光依次经过偏振分光镜二(15)、λ/4波片二(16)、反射镜二(17)入射到海水表面的溢油层，并激发受激布里渊散射信号，后向受激布里渊散射光通过反射镜二(17)、λ/4波片二(16)、偏振分光镜二(15)、反射镜四(19)、由凸透镜二(20)、针孔滤波器二(21)、凹透镜二(22)组成的准直滤波单元二、F-P标准具二(23)后，被ICCD二(24)接收，计算机(25)对ICCD一(13)和ICCD二(24)进行处理；
所述的时序控制单元(26)与所述的ICCD一(13)、ICCD二(24)和基频光激光器(1)连接，用于实时控制基频光激光器(1)和ICCD一(13)、ICCD二(24)的脉冲信号，以致使发射信号和ICCD一(13)、ICCD二(24)的时序信号同步。
2.根据权利要求1所述的双光束受激布里渊散射机载海洋激光雷达系统，其特征在于，所述的聚焦单元的聚焦距离为0-200m。
3.根据权利要求1所述的双光束受激布里渊散射机载海洋激光雷达系统，其特征在于，所述的1064nm基频光激光器(1)为种子注入脉冲Nd：YAG激光器。
4.根据权利要求1所述的双光束受激布里渊散射机载海洋激光雷达系统，其特征在于，所述的F-P标准具一(12)和F-P标准具二(23)的自由光谱范围为0～19.6GHz。
5.根据权利要求1所述的双光束受激布里渊散射机载海洋激光雷达系统，其特征在于，所述的ICCD一(13)、ICCD二(24)的门控时间可达2ns。
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