CN116964488A - 激光雷达装置 - Google Patents

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Abstract

激光雷达装置(1)构成为，将第1激光和第2激光辐射到观测对象气体所在的空间，该第1激光具有包含在气体的吸收波段中的波长，气体对该第2激光的吸收率比对第1激光的吸收率低。激光雷达装置(1)具备：光源(11)，其输出激光；频率输出部(12)，其输出第1频率或者与第1频率不同的第2频率；参照光输出部(13)，其将从光源(11)输出的激光作为参照光而输出；光发送部(14)，其通过以第1频率对从光源(11)输出的激光的光频率进行调制而生成第1激光，通过以第2频率对从光源(11)输出的激光的光频率进行调制而生成第2激光，向空间分别辐射第1激光和第2激光；以及光接收部(15)，其接收在由光发送部(14)辐射之后由浮游在空间中的散射体散射后的第1激光或者由散射体散射后的第2激光作为散射光，对散射光与参照光的干涉光进行检波。

Description

激光雷达装置
技术领域
本公开涉及激光雷达装置。
背景技术
在以下的非专利文献1中，公开了一种计算存在于空间的气体的密度的激光雷达装置。该激光雷达装置具备：振荡具有包含在观测对象气体的吸收波段中的波长的第1激光的第1光源；以及振荡具有不包含在该吸收波段中的波长的第2激光的第2光源。该气体对第2激光的吸收率比该气体比对第1激光的吸收率低。作为存在于空间的气体，例如，对应于大气中的组成分子，大气中的组成分子是氮、氧、二氧化碳或水蒸气。在大气中的组成分子中也包含氮氧化物(NOx)这样的大气污染物质。
此外，该激光雷达装置具备光开关、光发送部、光接收部及密度计算部。在该激光雷达装置中，光开关选择第1激光或第2激光。
如果通过光开关选择第1激光，则该光发送部向空间辐射第1激光，如果通过光开关选择第2激光，则该光发送部向空间辐射第2激光。该光接收部接收在由光发送部辐射之后被浮游在空间中的散射体散射后的第1激光即第1散射光、或者被散射体散射后的第2激光即第2散射光，对第1散射光或第2散射光与参照光的干涉光进行检波。散射体对应于云、烟、灰尘、气溶胶或者雨滴等。而且，该密度计算部对由光接收部检测到的干涉光进行频率解析，根据解析结果的接收强度来计算气体的密度。
现有技术文献
非专利文献
非专利文献1：F.Gibert，D.Edouart，C.Cenac(“e”具有重音。)，F.Le Mounier、andA.Dumas，”2-μm Ho emitter-based coherent DIAL for CO2 profiling in theatmosphere，”Opt.Lett.40(13)，3093-3096(2015).
发明内容
发明要解决的问题
在非专利文献1所公开的激光雷达装置中，在密度计算部计算气体的密度时，该激光雷达装置需要具备第1光源和第2光源。
本公开是为了解决上述问题而完成的，其目的在于，得到一种不具备2个光源就能够计算气体的密度的激光雷达装置。
用于解决问题的手段
本公开的激光雷达装置将第1激光和第2激光辐射到作为观测对象的气体所在的空间，第1激光具有包含在作为观测对象的气体的吸收波段中的波长，作为观测对象的气体对第2激光的吸收率比对第1激光的吸收率低。本公开的激光雷达装置具备：光源，其输出激光；频率输出部，其输出第1频率或者与第1频率不同的第2频率；参照光输出部，其将从光源输出的激光作为参照光而输出；光发送部，其通过以第1频率对从光源输出的激光的光频率进行调制而生成第1激光，通过以第2频率对从光源输出的激光的光频率进行调制而生成第2激光，向空间分别辐射第1激光和第2激光；以及光接收部，其接收在由光发送部辐射之后由浮游在空间中的散射体散射后的第1激光或者由散射体散射后的第2激光作为散射光，对散射光与参照光的干涉光进行检波。
发明的效果
根据本公开，不具备2个光源就能够计算气体的密度。
附图说明
图1是示出实施方式1的激光雷达装置1的结构图。
图2是示出实施方式1的激光雷达装置1的密度计算部16的结构图。
图3是示出实施方式1的激光雷达装置1的密度计算部16的硬件的硬件结构图。
图4是密度计算部16由软件或固件等实现的情况下的计算机的硬件结构图。
图5是示出密度计算部16的处理步骤的流程图。
图6是示出气体的吸收波段、从光源11输出的激光具有的波长、第1波长及第2波长的说明图。
图7是示出散射光的光频率、参照光的光频率及频域的信号中的接收频谱的说明图。
图8是示出接收频谱的面积的说明图。
图9是示出能够变更相加对象的频率Δf的第2频率振荡器22的输出波形的说明图。
图10是示出第2激光的波长扫描的说明图。
图11是示出实施方式1的另一激光雷达装置1的结构图。
图12是示出实施方式2的激光雷达装置1的结构图。
图13是示出实施方式2的激光雷达装置1的温度计算部84的结构图。
图14是示出实施方式2的激光雷达装置1的温度计算部84的硬件的硬件结构图。
图15是温度计算部84由软件或固件等实现的情况下的计算机的硬件结构图。
图16是示出气体的吸收波段、从光源11输出的激光具有的波长、第1波长、第2波长及第3波长的说明图。
图17是示出实施方式3的激光雷达装置1的结构图。
图18是示出实施方式3的另一激光雷达装置1的结构图。
图19是示出实施方式4的激光雷达装置1的结构图。
图20是示出向频率解析部51提供的数字信号与对应于各个时间门的距离范围之间的关系的说明图。
图21是示出关于各个距离范围的频域的信号与关于各个距离范围的接收频谱的说明图。
图22是示出接收频谱的面积和2个接收频谱的频率差的说明图。
图23是示出实施方式5的激光雷达装置1的结构图。
具体实施方式
以下，为了更加详细地说明本公开，按照附图对用于实施本公开的方式进行说明。
实施方式1.
图1是示出实施方式1的激光雷达装置1的结构图。
在实施方式1中，设为在设置有激光雷达装置1的气中存在作为观测对象气体的气体(以下称为“观测对对象气体”)。但是，这只不过是一例，也可以是，在设置有激光雷达装置1的气中不存在观测对对象气体，而是隔着窗等在其他空间存在观测对象气体。
图1所示的激光雷达装置1具备光源11、频率输出部12、参照光输出部13、光发送部14、光接收部15及密度计算部16。
光源11例如是发出单一频率的激光的激光器，由发光光谱的线宽为几MHz以下的半导体激光器、光纤激光器或固体激光器实现。或者，光源11通过半导体激光器、光纤激光器及固体激光器中的1个以上的激光器的组合来实现。
光源11将作为连续光的第1激光分别输出到参照光输出部13和光发送部14。从光源11输出的激光的光频率是f0。
频率输出部12具备第1频率振荡器21、第2频率振荡器22及频率混合器23。
频率输出部12将第1频率f1或者与第1频率f1不同的第2频率f2输出到光发送部14。
第1频率振荡器21振荡第1频率f1，将第1频率f1输出到频率混合器23。
第2频率振荡器22断续地振荡针对第1频率f1的相加对象的频率Δf，将相加对象的频率Δf断续地输出到频率混合器23。
第2频率振荡器22在将相加对象的频率Δf输出到频率混合器23时，向后述的频率混合器40输出相加对象的频率Δf。
第2频率振荡器22在未将相加对象的频率Δf输出到频率混合器23时，不向频率混合器40输出相加对象的频率Δf。
频率混合器23例如由混频器实现。
如果未从第2频率振荡器22输出相加对象的频率Δf，则频率混合器23将由第1频率振荡器21振荡后的第1频率f1输出到后述的频率调制器32。
如果从第2频率振荡器22输出了相加对象的频率Δf，则频率混合器23将由第1频率振荡器21振荡后的第1频率f1与相加对象的频率Δf的和频率f1+Δf作为第2频率f2输出到光发送部14。
参照光输出部13具备光分配器31。
参照光输出部13将从光源11输出的激光作为参照光输出到光接收部15。
光分配器31例如由分束器或光纤型耦合器实现。
光分配器31以规定的比率分配从光源11输出的激光。作为规定的比率，例如是频率调制器32侧为90、且后述的光合波器37侧为10的比率。
光分配器31将分配后的一方的激光输出到频率调制器32，将分配后的另一方的激光输出到光合波器37。
光发送部14具备光分配器31、频率调制器32、脉冲调制器33、光放大器34、光环形器35及光天线36。
光发送部14通过以第1频率f1调制从光源11输出的激光的光频率而生成第1激光，向空间辐射第1激光。第1激光是具有包含在观测对象气体的吸收波段中的第1波长的激光。
光发送部14通过以第2频率f2调制从光源11输出的激光的光频率而生成第2激光，向空间辐射第2激光。第2激光是具有不包含在观测对象气体的吸收波段中的第2波长的激光，气体对第2激光的吸收率比对第1激光低。
作为存在于空间的气体，例如，对应于大气中的组成分子，作为散射体，对应于云、烟、灰尘、气溶胶或者雨滴等。大气中的组成分子是氮、氧、二氧化碳或者水蒸气。在大气中的组成分子中，也包含氮氧化物(NOx)这样的大气污染物质。在图1所示的激光雷达装置1中，气体的吸收波段是已知值。另外，作为散射体，也可以是构造物等硬目标。
频率调制器32例如由使用声光元件的调制元件或者使用铌酸锂晶体的调制元件实现。
如果从频率混合器23输出第1频率f1，则频率调制器32以第1频率f1对从光分配器31输出的激光的光频率f0进行调制，将频率调制后的激光作为第1激光输出到脉冲调制器33。第1激光的光频率是f0+f1。
如果从频率混合器23输出第2频率f2，则频率调制器32以第2频率f2对从光分配器31输出的激光的光频率f0进行调制，将以第2频率调制后的激光作为第2激光输出到脉冲调制器33。第2激光的光频率是f0+f2。
脉冲调制器33例如由使用声光元件的调制元件或者使用铌酸锂晶体的调制元件、以及半导体光放大器等光放大器实现。
如果从频率调制器32输出第1激光，则脉冲调制器33对第1激光进行脉冲调制。即，脉冲调制器33将作为连续光的第1激光转换成具有规定的脉冲宽度的脉冲光。
脉冲调制器33将作为脉冲光的脉冲调制后的第1激光输出到光放大器34。
如果从频率调制器32输出第2激光，则脉冲调制器33对第2激光进行脉冲调制。即，脉冲调制器33将作为连续光的第2激光转换成具有规定的脉冲宽度的脉冲光。
脉冲调制器33将作为脉冲光的脉冲调制后的第2激光输出到光放大器34。
如果从脉冲调制器33输出脉冲调制后的第1激光，则光放大器34将脉冲调制后的第1激光放大，将放大后的第1激光输出到光环形器35。
如果从脉冲调制器33输出脉冲调制后的第2激光，则光放大器34将脉冲调制后的第2激光放大，将放大后的第2激光输出到光环形器35。
光环形器35例如由偏振分束器和波长板实现。
如果从光放大器34输出放大后的第1激光，则光环形器35将放大后的第1激光输出到光天线36，将由光天线36会聚后的后述的散射光输出到光合波器37。
如果从光放大器34输出放大后的第2激光，则光环形器35将放大后的第2激光输出到光天线36，将由光天线36会聚后的散射光输出到光合波器37。
光天线36例如由多个折射透镜或者多个反射镜实现。
如果从光环形器35输出第1激光，则光天线36向气体所在的空间辐射第1激光。
光天线36接收作为由浮游在空间中的散射体散射后的第1激光的散射光，将散射光输出到光环形器35。
如果从光环形器35输出第2激光，则光天线36向气体所在的空间辐射第2激光。
光天线36接收作为由浮游在空间中的散射体散射后的第2激光的散射光，将散射光输出到光环形器35。
光接收部15具备光环形器35、光天线36、光合波器37、平衡检测器38、鉴频器39、频率混合器40、信号合波器41及模数转换器(以下称为“A/D转换器”)42。
光接收部15接收在由光发送部14辐射之后由散射体散射后的第1激光、或者由散射体散射后的第2激光作为散射光。
即，如果光接收部15向空间辐射第1激光，则光接收部15接收由散射体散射后的第1激光作为散射光，如果光接收部15向空间辐射第2激光，则光接收部15接收由散射体散射后的第2激光作为散射光。
光接收部15对散射光与参照光的干涉光进行检波。
光合波器37例如由分束器或者光纤型耦合器实现。
光合波器37对从光环形器35输出的散射光与从光分配器31输出的参照光的干涉光进行检波。
光合波器37将干涉光输出到平衡检测器38。
例如，在激光雷达装置1移动的情况下或者在由于风等而使气体和散射体移动的情况下，散射光受到多普勒频移，散射光的光频率f0+f1、f0+f2偏移。即，如果激光雷达装置1与散射体等正在相互接近，则散射光的光频率f0+f1、f0+f2例如提高频率Δfsft。如果激光雷达装置1与散射体等正在相互远离，则散射光的光频率f0+f1、f0+f2例如降低频率Δfsft。
因此，在激光雷达装置1与散射体等正在相互接近时，如果从光环形器35输出作为散射后的第1激光的散射光，则光合波器37将光频率f1+Δfsft的干涉光输出到平衡检测器38，如果从光环形器35输出作为散射后的第2激光的散射光，则光合波器37将光频率f2+Δfsft的干涉光输出到平衡检测器38。
在激光雷达装置1与散射体等正在相互远离时，如果从光环形器35输出作为散射后的第1激光的散射光，则光合波器37将光频率f1-Δfsft的干涉光输出到平衡检测器38，如果从光环形器35输出作为散射后的第2激光的散射光，则光合波器37将光频率f2-Δfsft的干涉光输出到平衡检测器38。
在激光雷达装置1不移动、且气体和散射体不移动的情况下，散射光的光频率f0+f1、f0+f2不偏移。因此，如果从光环形器35输出作为散射后的第1激光的散射光，则光合波器37将光频率f1的干涉光输出到平衡检测器38，如果从光环形器35输出作为散射后的第2激光的散射光，则光合波器37将光频率f2的干涉光输出到平衡检测器38。
平衡检测器38例如由使用2个光电二极管来减轻共模噪声的平衡接收器实现。
平衡检测器38将从光合波器37输出的干涉光转换成电信号。
平衡检测器38将电信号输出到鉴频器39。
鉴频器39在从平衡检测器38输出与光频率f2+Δfsft的干涉光相关的电信号、与光频率f2-Δfsft的干涉光相关的电信号、或者与光频率f2的干涉光相关的电信号时，将这些电信号输出到频率混合器40。
鉴频器39在从平衡检测器38输出与光频率f1+Δfsft的干涉光相关的电信号、与光频率f1-Δfsft的干涉光相关的电信号、或者与光频率f1的干涉光相关的电信号时，将这些电信号输出到信号合波器41。
频率混合器40例如由混频器实现。
频率混合器40使用从第2频率振荡器22输出的相加对象的频率Δf，对从鉴频器39输出的电信号的频率进行下变频。
即，如果从鉴频器39输出的电信号的频率为f2+Δfsft，则频率混合器40使用相加对象的频率Δf，将电信号的频率下变频为f1+Δfsft。
如果从鉴频器39输出的电信号的频率为f2-Δfsft，则频率混合器40使用相加对象的频率Δf，将电信号的频率下变频为f1-Δfsft。
如果从鉴频器39输出的电信号的频率为f2，则频率混合器40使用相加对象的频率Δf，将电信号的频率下变频为f1。
频率混合器40将下变频后的电信号输出到信号合波器41。
信号合波器41在从鉴频器39收到电信号时，将该电信号输出到A/D转换器42。
信号合波器41在从频率混合器40收到电信号时，将该电信号输出到A/D转换器42。
A/D转换器42将从信号合波器41输出的模拟的电信号转换成数字信号。
A/D转换器42将数字信号输出到密度计算部16。
密度计算部16对由光接收部15检波出的干涉光的频率进行解析，根据频率的解析结果，计算气体的密度。
图1所示的激光雷达装置1具备密度计算部16。但是，这只不过是一例，也可以是，激光雷达装置1不具备密度计算部16，由激光雷达装置1以外的计算机等实现密度计算部16。在该情况下，A/D转换器42将数字信号输出到激光雷达装置1以外的计算机等。
图2是示出实施方式1的激光雷达装置1的密度计算部16的结构图。
图3是示出实施方式1的激光雷达装置1的密度计算部16的硬件的硬件结构图。
图2所示的密度计算部16具备频率解析部51、频谱强度计算部52及密度计算处理部53。
频率解析部51例如由图3所示的频率解析电路61实现。
频率解析部51按照每个规定的时间门，对从A/D转换器42输出的数字信号进行高速傅里叶变换，由此，将数字信号转换成频域的信号。
频率解析部51将关于多个距离范围的频域的信号输出到频谱强度计算部52。
频谱强度计算部52例如由图3所示的频谱强度计算电路62实现。
频谱强度计算部52根据从频率解析部51输出的关于各个距离范围的频域的信号，计算关于各个距离范围的接收频谱的强度。
即，如果由光合波器37检波出光频率f1+Δfsft的干涉光或者光频率f2+Δfsft的干涉光，则频谱强度计算部52针对各个距离范围，计算频率f1+Δfsft的接收频谱的强度。
如果由光合波器37检波出光频率f1-Δfsft的干涉光或者光频率f2-Δfsft的干涉光，则频谱强度计算部52针对各个距离范围，计算频率f1-Δfsft的接收频谱的强度。
如果由光合波器37检波出光频率f1的干涉光或者光频率f2的干涉光，则频谱强度计算部52针对各个距离范围，计算频率f1的接收频谱的强度。
频谱强度计算部52将关于各个距离范围的接收频谱的强度输出到密度计算处理部53。
密度计算处理部53例如由图3所示的密度计算处理电路63实现。
密度计算处理部53根据从频谱强度计算部52输出的关于各个距离范围的接收频谱的强度，计算气体的密度。
在图2中，假定作为密度计算部16的结构要素的频率解析部51、频谱强度计算部52及密度计算处理部53分别由图3所示的专用的硬件实现。即，假定密度计算部16由频率解析电路61、频谱强度计算电路62及密度计算处理电路63实现。
频率解析电路61、频谱强度计算电路62及密度计算处理电路63分别例如对应于单一电路、复合电路、程序化的处理器、并行程序化的处理器、ASIC(Application SpecificIntegrated Circuit：专用集成电路)、FPGA(Field-Programmable Gate Array：现场可编程门阵列)、或者它们的组合。
密度计算部16的结构要素不限于由专用的硬件实现，密度计算部16也可以由软件、固件、或者软件与固件的组合实现。
软件或者固件以程序的形式存储在计算机的存储器中。计算机是指执行程序的硬件，例如对应于CPU(Central Processing Unit：中央处理单元)、中央处理装置、处理装置、运算装置、微处理器、微型计算机、处理器、或者DSP(Digital Signal Processor：数字信号处理器)。
图4是密度计算部16由软件或者固件等实现的情况下的计算机的硬件结构图。
在密度计算部16由软件或者固件等实现的情况下，用于使计算机执行频率解析部51、频谱强度计算部52及密度计算处理部53中的各个处理步骤的程序被存储在存储器71中。而且，计算机的处理器72执行存储于存储器71的程序。
此外，在图3中，示出密度计算部16的结构要素分别由专用的硬件实现的例子，在图4中，示出密度计算部16由软件或者固件等实现的例子。但是，这只不过是一例，也可以是，密度计算部16中的一部分结构要素由专用的硬件实现，剩余的结构要素由软件或者固件等实现。
接着，对图1所示的激光雷达装置1的动作进行说明。
图5是示出密度计算部16的处理步骤的流程图。
光源11将作为连续光的激光输出到光分配器31。
频率输出部12将第1频率f1或者第2频率f2输出到光发送部14。频率输出部12例如将第1频率f1和第2频率f2交替地输出到光发送部14。
以下，具体地说明频率输出部12的频率的输出动作。
第1频率振荡器21振荡第1频率f1，将第1频率f1输出到频率混合器23。
第2频率振荡器22断续地振荡相加对象的频率Δf，将相加对象的频率Δf断续地输出到频率混合器23。
第2频率振荡器22在将相加对象的频率Δf输出到频率混合器23时，向频率混合器40输出相加对象的频率Δf。
第2频率振荡器22在未将相加对象的频率Δf输出到频率混合器23时，不向频率混合器40输出相加对象的频率Δf。
如果从第2频率振荡器22未输出相加对象的频率Δf，则频率混合器23将由第1频率振荡器21振荡后的第1频率f1输出到频率调制器32。
如果从第2频率振荡器22输出了相加对象的频率Δf，则频率混合器23将第1频率f1与相加对象的频率Δf的和频率f1+Δf作为第2频率f2输出到频率调制器32。
第1频率振荡器21在频率调制器32由使用声光元件的调制元件实现的情况下，产生相当于第1频率f1的正弦波信号，在频率调制器32由使用铌酸锂晶体的调制元件实现的情况下，产生成为锯齿型(serrodyne)调制这样的锯齿波信号。
此外，关于第2频率振荡器22，在频率调制器32由使用声光元件的调制元件实现的情况下，产生相当于相加对象的频率Δf的正弦波信号，在频率调制器32由使用铌酸锂晶体的调制元件实现的情况下，产生成为锯齿型调制这样的锯齿波信号。
通常，在频率调制器32由使用声光元件的调制元件实现的情况下，频率调制器32进行的频率调制最大为几百MHz左右。
另一方面，在频率调制器32由使用铌酸锂晶体的调制元件实现的情况下，频率调制器32进行的频率调制能够达到几十GHz左右。在频率调制器32由使用铌酸锂晶体的调制元件实现的情况下，能够实现比作为观测对象气体的气体的吸收线的线宽大的波长的偏移。因此，频率调制器32通过以第1频率f1对波长稳定的激光的光频率f0进行频率调制，能够输出具有包含在气体的吸收波段中的第1波长的第1激光。此外，频率调制器32通过以第2频率f2对激光的光频率f0进行频率调制，能够输出具有不包含在气体的吸收波段中的第2波长的第2激光。
光分配器31在从光源11收到激光时，以规定的比率对激光进行分配。
光分配器31将分配后的一方的激光输出到频率调制器32，将分配后的另一方的激光作为参照光输出到光合波器37。
频率调制器32从光分配器31取得激光。
频率调制器32在从频率混合器23取得了第1频率f1时，以第1频率f1调制从光分配器31输出的激光的光频率f0。
频率调制器32将以第1频率f1进行调制后的激光作为第1激光输出到脉冲调制器33。第1激光具有第1波长，第1激光的光频率是f0+f1。
频率调制器32在从频率混合器23取得了第2频率f2时，以第2频率f2调制激光的光频率f0。
频率调制器32将以第2频率f2进行调制后的激光作为第2激光输出到脉冲调制器33。第2激光具有第2波长，第2激光的光频率是f0+f2。
图6是示出气体的吸收波段、从光源11输出的激光具有的波长、第1波长及第2波长的说明图。
在图6中，横轴是波长，纵轴是激光相对于气体的透过率。
虚线表示从光源11输出的激光，实线表示气体的吸收波段。第1波长包含在气体的吸收波段中，第2波长不包含在气体的吸收波段中。气体中的第2波长的透过率比气体中的第1波长的透过率大。即，气体中的第2波长的吸收率比气体中的第1波长的吸收率小。
脉冲调制器33在从频率调制器32取得了第1激光时，对第1激光进行脉冲调制。即，脉冲调制器33将作为连续光的第1激光转换成具有规定的脉冲宽度的脉冲光。
脉冲调制器33将作为脉冲光的脉冲调制后的第1激光输出到光放大器34。
脉冲调制器33在从频率调制器32取得了第2激光时，对第2激光进行脉冲调制。即，脉冲调制器33将作为连续光的第2激光转换成具有规定的脉冲宽度的脉冲光。
脉冲调制器33将作为脉冲光的脉冲调制后的第2激光输出到光放大器34。
在脉冲型的激光雷达装置1中，距离分辨率由脉冲光的脉冲宽度决定。在将脉冲宽度设为t[s]且将光速设为c[m/s]时，距离分辨率R[m]由以下的式(1)表示。
R＝c×t/2 (1)
光放大器34在从脉冲调制器33取得了脉冲调制后的第1激光时，将脉冲调制后的第1激光放大，将放大后的第1激光输出到光环形器35。
光放大器34在从脉冲调制器33取得了脉冲调制后的第2激光时，将脉冲调制后的第2激光放大，将放大后的第2激光输出到光环形器35。
光环形器35在从光放大器34取得了放大后的第1激光时，将放大后的第1激光输出到光天线36。
光环形器35在从光放大器34取得了放大后的第2激光时，将放大后的第2激光输出到光天线36。
光天线36在从光环形器35收到第1激光时，向气体所在的空间辐射第1激光。
光天线36接收作为由浮游在空间中的散射体散射后的第1激光的散射光，将散射光输出到光环形器35。
光环形器35将由光天线36会聚后的散射光输出到光合波器37。
光天线36在从光环形器35收到第2激光时，向气体所在的空间辐射第2激光。
光天线36接收作为由浮游在空间中的散射体散射后的第2激光的散射光，将散射光输出到光环形器35。
光环形器35将由光天线36会聚后的散射光输出到光合波器37。
光合波器37从光环形器35取得散射光，从光分配器31取得参照光。
光合波器37对散射光与参照光的干涉光进行检波。
例如，在激光雷达装置1移动或者气体和散射体移动的情况下，散射光受到多普勒频移，散射光的光频率f0+f1、f0+f2偏移。即，如果激光雷达装置1与散射体等正在相互接近，则散射光的光频率f0+f1、f0+f2例如提高频率Δfsft。由于参照光的光频率是f0，因此，干涉光的光频率成为f1+Δfsft(＝f0+f1+Δfsft-f0)、f2+Δfsft(＝f0+f2+Δfsft-f0)。
如果激光雷达装置1与散射体等正在相互远离，则散射光的光频率f0+f1、f0+f2例如降低频率Δfsft。由于参照光的光频率是f0，因此，干涉光的光频率成为f1-Δfsft(＝f0+f1-Δfsft-f0)、f2-Δfsft(＝f0+f2-Δfsft-f0)。
因此，在激光雷达装置1与散射体等正在相互接近时，如果从光环形器35输出作为散射后的第1激光的散射光，则光合波器37将光频率f1+Δfsft的干涉光输出到平衡检测器38。
此外，在激光雷达装置1与散射体等正在相互接近时，如果从光环形器35输出作为散射后的第2激光的散射光，则光合波器37将光频率f2+Δfsft的干涉光输出到平衡检测器38。
在激光雷达装置1与散射体等正在相互远离时，如果从光环形器35输出作为散射后的第1激光的散射光，则光合波器37将光频率f1-Δfsft的干涉光输出到平衡检测器38。
此外，在激光雷达装置1与散射体等正在相互远离时，如果从光环形器35输出作为散射后的第2激光的散射光，则光合波器37将光频率f2-Δfsft的干涉光输出到平衡检测器38。
在激光雷达装置1未移动且气体和散射体未移动时，如果从光环形器35输出作为散射后的第1激光的散射光，则光合波器37将光频率f1的干涉光输出到平衡检测器38，如果从光环形器35输出作为散射后的第2激光的散射光，则光合波器37将光频率f2的干涉光输出到平衡检测器38。
平衡检测器38从光合波器37取得干涉光，将干涉光转换成电信号。
平衡检测器38将电信号输出到鉴频器39。
鉴频器39在从平衡检测器38取得与光频率f2+Δfsft的干涉光相关的电信号、与光频率f2-Δfsft的干涉光相关的电信号、或者与光频率f2的干涉光相关的电信号时，将取得的电信号输出到频率混合器40。
鉴频器39在从平衡检测器38取得与光频率f1+Δfsft的干涉光相关的电信号、与光频率f1-Δfsft的干涉光相关的电信号、或者与光频率f1的干涉光相关的电信号时，将取得的电信号输出到信号合波器41。
频率混合器40输入从第2频率振荡器22输出的相加对象的频率Δf(＝f2-f1)，从鉴频器39取得电信号。
如果从鉴频器39输出的电信号的频率是f2+Δfsft，则频率混合器40使用相加对象的频率Δf，将电信号的频率下变频为f1+Δfsft。
如果从鉴频器39输出的电信号的频率是f2-Δfsft，则频率混合器40使用相加对象的频率Δf，将电信号的频率下变频为f1-Δfsft。
频率混合器40将下变频后的电信号输出到信号合波器41。
信号合波器41在从鉴频器39收到电信号时，将该电信号输出到A/D转换器42。
即，信号合波器41在从鉴频器39取得了频率f1+Δfsft的电信号、频率f1-Δfsft的电信号或者频率f1的电信号时，将频率f1+Δfsft的电信号、频率f1-Δfsft的电信号或者频率f1的电信号输出到A/D转换器42。
信号合波器41在从频率混合器40收到电信号时，将该电信号输出到A/D转换器42。
即，信号合波器41在从频率混合器40取得了频率f1+Δfsft的电信号、频率f1-Δfsft的电信号或者频率f1的电信号时，将频率f1+Δfsft的电信号、频率f1-Δfsft的电信号或者频率f1的电信号输出到A/D转换器42。
A/D转换器42从信号合波器41取得电信号。
A/D转换器42将模拟的电信号转换成数字信号，将数字信号输出到密度计算部16的频率解析部51。
密度计算部16的频率解析部51从A/D转换器42取得数字信号。
即，在光合波器37检波出作为散射后的第1激光的散射光与参照光的干涉光时，频率解析部51从A/D转换器42取得与从鉴频器39输出的电信号相关的数字信号。
在光合波器37检波出作为散射后的第2激光的散射光与参照光的干涉光时，频率解析部51从A/D转换器42取得与从频率混合器40输出的电信号相关的数字信号。
频率解析部51按照每个规定的时间门，对取得的数字信号进行高速傅里叶变换，由此，将数字信号转换成频域的信号(图5的步骤ST1)。
频率解析部51将关于与各个时间门对应的距离范围的频域的信号输出到频谱强度计算部52。
频谱强度计算部52从频率解析部51取得关于各个距离范围的频域的信号。
在激光雷达装置1与散射体等正在相互接近时，如果光合波器37检波出光频率f1+Δfsft的干涉光，则频谱强度计算部52根据关于各个距离范围的频域的信号来检测频率f1+Δfsft的接收频谱(图5的步骤ST2)。由频谱强度计算部52检测到的频率f1+Δfsft的接收频谱是在辐射了第1激光时通过将与从鉴频器39输出的频率f1+Δfsft的电信号相关的数字信号转换成频域的信号而得到的频谱。
此外，在激光雷达装置1与散射体等正在相互接近时，如果光合波器37检波出光频率f2+Δfsft的干涉光，则频谱强度计算部52针对各个距离范围，根据频域的信号来检测频率f1+Δfsft的接收频谱(图5的步骤ST2)。由频谱强度计算部52检测到的频率f1+Δfsft的接收频谱是在辐射了第2激光时通过将与从频率混合器40输出的频率f1+Δfsft的电信号相关的数字信号转换成频域的信号而得到的频谱。
图7是示出散射光的光频率、参照光的光频率及频域的信号中的接收频谱的说明图。
在图7中，示出通过激光雷达装置1移动或者气体和散射体移动而使激光雷达装置1与散射体等正在相互接近时的散射光的光频率f0+f1+Δfsft、f0+f2+Δfsft。
参照光的光频率是f0。关于频域的信号的接收频谱为峰值时的频率，无论是在光环形器35接收到作为散射后的第1激光的散射光时，还是在光环形器35接收到作为散射后的第2激光的散射光时，都是f1+Δfsft。
在激光雷达装置1与散射体等正在相互远离时，如果光合波器37检波到光频率f1-Δfsft的干涉光，则频谱强度计算部52针对各个距离范围，检测频率f1-Δfsft的接收频谱(图5的步骤ST2)。由频谱强度计算部52检测到的频率f1-Δfsft的接收频谱是在辐射了第1激光时通过将与从鉴频器39输出的频率f1-Δfsft的电信号相关的数字信号转换成频域的信号而得到的频谱。
此外，在激光雷达装置1与散射体等正在相互远离时，如果光合波器37检波到光频率f2-Δfsft的干涉光，则频谱强度计算部52针对各个距离范围，检测频率f1-Δfsft的接收频谱(图5的步骤ST2)。由频谱强度计算部52检测到的频率f1-Δfsft的接收频谱是在辐射了第2激光时通过将与从频率混合器40输出的频率f1-Δfsft的电信号相关的数字信号转换成频域的信号而得到的频谱。
在激光雷达装置1未移动且气体和散射体未移动时，如果光合波器37检波出光频率f1的干涉光，则频谱强度计算部52针对各个距离范围，检测频率f1的接收频谱(图5的步骤ST2)。由频谱强度计算部52检测到的频率f1的接收频谱是在辐射了第1激光时通过将与从鉴频器39输出的频率f1的电信号相关的数字信号转换成频域的信号而得到的频谱。
此外，在激光雷达装置1未移动且气体和散射体未移动时，如果光合波器37检波出光频率f2的干涉光，则频谱强度计算部52针对各个距离范围，检测频率f1的接收频谱(图5的步骤ST2)。由频谱强度计算部52检测到的频率f1的接收频谱是在辐射了第2激光时通过将与从频率混合器40输出的频率f1的电信号相关的数字信号转换成频域的信号而得到的频谱。
如果激光雷达装置1与散射体等正在相互接近，则频谱强度计算部52针对各个距离范围，计算频率f1+Δfsft的接收频谱的强度(图5的步骤ST3)。
计算接收频谱的强度的处理例如在以下的非专利文献2中被公开。因此，省略计算接收频谱的强度的处理的详细过程，但如图8所示，能够根据频率f1+Δfsft的接收频谱的面积来计算该接收频谱的强度。
图8是示出接收频谱的面积的说明图。
在图8中，施加了斜线的区域表示接收频谱的面积。
[非专利文献2]
M.Imaki et al.，”Wavelength selection and measurement errortheoretical analysis based on ground-based coherent differential absorptionlidar using 1.53μm wavelength for simultaneous vertical profiling ofwatervapor density and wind speed”，Applied optics vol.59No.8(2020)，2238-2247.
如果激光雷达装置1与散射体等正在相互远离，则频谱强度计算部52针对各个距离范围，计算频率f1-Δfsft的接收频谱的强度(图5的步骤ST3)。
在该情况下，也能够根据频率f1-Δfsft的接收频谱的面积来计算该接收频谱的强度。
如果激光雷达装置1未移动且散射体等未移动，则频谱强度计算部52针对各个距离范围，计算频率f1的接收频谱的强度(图5的步骤ST3)。
在该情况下，也能够根据频率f1的接收频谱的面积来计算该接收频谱的强度。
频谱强度计算部52将关于各个距离范围的接收频谱的强度输出到密度计算处理部53。
以下，将光合波器37检波出光频率f1+Δfsft的干涉光时的频率f1+Δfsft的接收频谱的强度、检波出光频率f1-Δfsft的干涉光时的频率f1-Δfsft的接收频谱的强度、或者检波出光频率f1的干涉光时的频率f1的接收频谱的强度分别称为“有效(ON)波长的接收强度”。“有效波长”是指包含在气体的吸收波段中的波长。
将光合波器37检波出光频率f2+Δfsft的干涉光时的频率f1+Δfsft的接收频谱的强度、检波出光频率f2-Δfsft的干涉光时的频率f1-Δfsft的接收频谱的强度、或者检波出光频率f2的干涉光时的频率f1的接收频谱的强度分别称为“无效(OFF)波长的接收强度”。“无效波长”是指不包含在气体的吸收波段中的波长。
密度计算处理部53从频谱强度计算部52取得关于各个距离范围的接收频谱的强度。
密度计算处理部53根据关于各个距离范围的接收频谱的强度，计算气体的密度(图5的步骤ST4)。
即，密度计算处理部53将存在于与激光雷达装置1相距距离z的位置处的散射体所相关的有效波长的接收强度和无效波长的接收强度、以及存在于与激光雷达装置1相距距离z+Δz的位置处的散射体所相关的有效波长的接收强度和无效波长的接收强度代入到以下的式(2)中，由此计算气体的密度n(z)。
在式(2)中，Pr_ON(z)是存在于与激光雷达装置1相距距离z的位置处的散射体所相关的有效波长的接收强度，Pr_OFF(z)是存在于与激光雷达装置1相距距离z的位置处的散射体所相关的无效波长的接收强度。
Pr_ON(z+Δz)是存在于与激光雷达装置1相距距离z+Δz的位置处的散射体所相关的有效波长的接收强度，Pr_OFF(z+Δz)是存在于与激光雷达装置1相距距离z+Δz的位置处的散射体所相关的无效波长的接收强度。Δz是观测对象气体中的2点间的距离。
kON是有效波长的吸收系数，是已知值的系数。kOFF是无效波长的吸收系数，是已知值的系数。ln是表示底为e的对数函数的数学符号。
Δz例如是距离范围(1)与距离范围(3)之间的距离。
如果激光雷达装置1与散射体等正在相互接近，则作为有效波长的接收强度，使用光合波器37检波出光频率f1+Δfsft的干涉光时的、距离范围(1)中的频率f1+Δfsft的接收频谱的强度和距离范围(3)中的频率f1+Δfsft的接收频谱的强度。作为无效波长的接收强度，使用光合波器37检波出光频率f2+Δfsft的干涉光时的、距离范围(1)中的频率f1+Δfsft的接收频谱的强度和距离范围(3)中的频率f1+Δfsft的接收频谱的强度。
如果激光雷达装置1与散射体等正在相互远离，则作为有效波长的接收强度，使用光合波器37检波出光频率f1-Δfsft的干涉光时的、距离范围(1)中的频率f1-Δfsft的接收频谱的强度和距离范围(3)中的频率f1-Δfsft的接收频谱的强度。作为无效波长的接收强度，使用光合波器37检波出光频率f2-Δfsft的干涉光时的、距离范围(1)中的频率f1-Δfsft的接收频谱的强度和距离范围(3)中的频率f1-Δfsft的接收频谱的强度。
如果激光雷达装置1未移动且散射体等未移动，则作为有效波长的接收强度，使用光合波器37检波出光频率f1的干涉光时的、距离范围(1)中的频率f1的接收频谱的强度和距离范围(3)中的频率f1的接收频谱的强度。作为无效波长的接收强度，使用光合波器37检波出光频率f2的干涉光时的、距离范围(1)中的频率f1的接收频谱的强度和距离范围(3)中的频率f1的接收频谱的强度。
在以上的实施方式1中，构成了向气体所在的空间辐射第1激光和第2激光的激光雷达装置1，该第1激光具有包含在观测对象气体的吸收波段中的波长，气体对该第2激光的吸收率比对第1激光的吸收率低。激光雷达装置1具备：光源11，其输出激光；频率输出部12，其输出第1频率或者与第1频率不同的第2频率；参照光输出部13，其将从光源11输出的激光作为参照光而输出；光发送部14，其通过以第1频率对从光源11输出的激光的光频率进行调制而生成第1激光，通过以第2频率对从光源11输出的激光的光频率进行调制而生成第2激光，向空间分别辐射第1激光和第2激光；以及光接收部15，其接收在由光发送部14辐射之后由浮游在空间中的散射体散射后的第1激光或者由散射体散射后的第2激光作为散射光，对散射光与参照光的干涉光进行检波。因此，激光雷达装置1不具备2个光源就能够计算气体的密度。
在图1所示的激光雷达装置1中，光发送部14具备光放大器34。但是，这只不过是一例，例如，在由于距离z+Δz较短而不需要辐射高强度的激光的情况下，光发送部14也可以不具备光放大器34。
在图1所示的激光雷达装置1中，光发送部14具备脉冲调制器33。但是，这只不过是一例，例如，光发送部14也可以不具备脉冲调制器33而辐射作为连续光的激光。
在图1所示的激光雷达装置1中，第2频率振荡器22将相加对象的频率Δf分别输出到频率混合器23和频率混合器40。也可以是，使用能够变更相加对象的频率Δf的振荡器来作为第2频率振荡器22，第2频率振荡器22能够变更相加对象的频率Δf。
图9是示出能够变更相加对象的频率Δf的第2频率振荡器22的输出波形的说明图。
图9的横轴表示时间，图9的纵轴表示频率。在图9中，示出第2频率振荡器22伴随着时间的经过而变更相加对象的频率Δf的情形。
频率调制器32例如在由使用铌酸锂晶体的调制元件实现的情况下，通过伴随着相加对象的频率Δf的变更而改变锯齿型调制的倾斜度或者频率调制量，从而如图10所示，能够进行第2激光具有的第2波长的波长扫描。
图10是示出第2激光的波长扫描的说明图。
通过进行第2激光具有的第2波长的波长扫描，图1所示的激光雷达装置1能够具备以下的非专利文献3所公开的波长扫描分光计的功能。在图10中，箭头示出第2激光的光频率f0+f2通过进行波长扫描而变高。
非专利文献3
M.P.Arroyo and R.K.Hanson，”Absorption measurements ofwater-vaporconcentration，temperature，and line-shape parameters using a tunableInGaAsPdiode laser，”Appl.Opt.32，6104-6116(1993)
在图1所示的激光雷达装置1中，频率输出部12具备第1频率振荡器21、第2频率振荡器22及频率混合器23。但是，这只不过是一例，如图11所示，频率输出部12也可以具备频率转换部24来代替第2频率振荡器22。
图11是示出实施方式1的另一激光雷达装置1的结构图。
频率转换部24例如由分频器实现。
频率转换部24通过对由第1频率振荡器21振荡出的第1频率f1例如进行分频，将第1频率f1转换成相加对象的频率Δf，将相加对象的频率Δf分别输出到频率混合器23和频率混合器40。
实施方式2.
在实施方式2中，针对如下的激光雷达装置1进行说明：频率输出部81将第1频率f1、第2频率f2或者与第1频率f1及第2频率f2分别不同的第3频率f3输出到光发送部82。
图12是示出实施方式2的激光雷达装置1的结构图。在图12中，与图1相同的标号表示相同或相当的部分，因此省略说明。
图12所示的激光雷达装置1具备频率输出部81、参照光输出部13、光发送部82、光接收部83、密度计算部16及温度计算部84。
频率输出部81具备第1频率振荡器21、第2频率振荡器22、第3频率振荡器25及频率混合器26。
频率输出部81将第1频率f1、第2频率f2或者第3频率f3输出到光发送部82。
第3频率振荡器25振荡第3频率f3，将第3频率f3输出到频率混合器26。
频率混合器26例如由混频器实现。
如果未通过第2频率振荡器22振荡出相加对象的频率Δf，则频率混合器26将由第1频率振荡器21振荡出的第1频率f1或者由第3频率振荡器25振荡出的第3频率f3输出到后述的频率调制器91。
如果通过第2频率振荡器22振荡出相加对象的频率Δf，则频率混合器26将由第1频率振荡器21振荡出的第1频率f1与相加对象的频率Δf的和频率f1+Δf即第2频率f2输出到频率调制器91。
光发送部82具备光分配器31、频率调制器91、脉冲调制器33、光放大器34、光环形器35及光天线36。
如果从频率输出部81输出第1频率f1，则光发送部82通过以第1频率f1调制从光源11输出的激光的光频率f0而生成第1激光，向空间辐射第1激光。
如果从频率输出部81输出第2频率f2，则光发送部82通过以第2频率f2调制从光源11输出的激光的光频率f0而生成第2激光，向空间辐射第2激光。
如果从频率输出部81输出第3频率f3，则光发送部82通过以第3频率f3调制从光源11输出的激光的光频率f0而生成第3激光，向空间辐射第3激光。第3激光是具有包含在观测对象气体的吸收波段中的第3波长的激光，并且气体对第3激光的吸收率与第1激光不同。
频率调制器91例如由使用声光元件的调制元件或者使用铌酸锂晶体的调制元件实现。
如果从频率混合器26输出第1频率f1，则频率调制器91以第1频率f1对从光分配器31输出的激光的光频率f0进行调制，将频率调制后的激光作为第1激光输出到脉冲调制器33。第1激光的光频率是f0+f1。
如果从频率混合器26输出第2频率f2，则频率调制器91以第2频率f2对从光分配器31输出的激光的光频率f0进行调制，将以第2频率f2调制后的激光作为第2激光输出到脉冲调制器33。第2激光的光频率是f0+f2。
如果从频率混合器26输出第3频率f3，则频率调制器91以第3频率f3对从光分配器31输出的激光的光频率f0进行调制，将以第3频率f3调制后的激光作为第3激光输出到脉冲调制器33。第3激光的光频率是f0+f3。
光接收部83具备光环形器35、光天线36、光合波器92、平衡检测器93、鉴频器94、频率混合器40、信号合波器95及A/D转换器96。
光接收部83接收在由光发送部82辐射之后由浮游在空间中的散射体散射后的第1激光、由散射体散射后的第2激光、或者由散射体散射后的第3激光作为散射光，对散射光与参照光的干涉光进行检波。
光合波器92例如由分束器或者光纤型耦合器实现。
光合波器92对从光环形器35输出的散射光与从光分配器31输出的参照光的干涉光进行检波。
光合波器92将干涉光输出到平衡检测器93。
例如，在由于激光雷达装置1移动或者气体和散射体移动而使激光雷达装置1与散射体等正在相互接近的情况下，散射光受到多普勒频移，散射光的光频率f0+f1、f0+f2、f0+f3偏移。即，如果激光雷达装置1与散射体等正在相互接近，则散射光的光频率f0+f1、f0+f2、f0+f3例如提高频率Δfsft。如果激光雷达装置1与散射体等正在相互远离，则散射光的光频率f0+f1、f0+f2、f0+f3例如降低频率Δfsft。
因此，在激光雷达装置1与散射体等正在相互接近时，如果从光环形器35输出作为散射后的第1激光的散射光，则光合波器92将频率f1+Δfsft的干涉光输出到平衡检测器93，如果从光环形器35输出作为散射后的第2激光的散射光，则光合波器92将光频率f2+Δfsft的干涉光输出到平衡检测器93。此外，在激光雷达装置1与散射体等正在相互接近时，如果从光环形器35输出作为散射后的第3激光的散射光，则光合波器92将光频率f3+Δfsft的干涉光输出到平衡检测器93。
在激光雷达装置1与散射体等正在相互远离时，如果从光环形器35输出作为散射后的第1激光的散射光，则光合波器92将光频率f1-Δfsft的干涉光输出到平衡检测器93，如果从光环形器35输出作为散射后的第2激光的散射光，则光合波器92将光频率f2-Δfsft的干涉光输出到平衡检测器93。此外，在激光雷达装置1与散射体等正在相互远离时，如果从光环形器35输出作为散射后的第3激光的散射光，则光合波器92将光频率f3-Δfsft的干涉光输出到平衡检测器93。
此外，在激光雷达装置1未移动且散射体等未移动的情况下，如果从光环形器35输出作为散射后的第1激光的散射光，则光合波器92将光频率f1的干涉光输出到平衡检测器93，如果从光环形器35输出作为散射后的第2激光的散射光，则光合波器92将光频率f2的干涉光输出到平衡检测器93。此外，在激光雷达装置1未移动且散射体等未移动的情况下，如果从光环形器35输出作为散射后的第3激光的散射光，则光合波器92将光频率f3的干涉光输出到平衡检测器93。
平衡检测器93例如由使用2个光电二极管来减轻共模噪声这样的平衡接收器实现。
平衡检测器93将从光合波器92输出的干涉光转换成电信号。
平衡检测器93将电信号输出到鉴频器94。
鉴频器94在从平衡检测器93输出与光频率f2+Δfsft的干涉光相关的电信号、与光频率f2-Δfsft的干涉光相关的电信号、或者与光频率f2的干涉光相关的电信号时，将这些电信号输出到频率混合器40。
在从平衡检测器93输出了与光频率f1+Δfsft的干涉光相关的电信号、与光频率f1-Δfsft的干涉光相关的电信号、或者与光频率f1的干涉光相关的电信号时，鉴频器94将这些电信号输出到信号合波器95。
此外，在从平衡检测器93输出了与光频率f3+Δfsft的干涉光相关的电信号、与光频率f3-Δfsft的干涉光相关的电信号、或者与光频率f3的干涉光相关的电信号时，鉴频器94将这些电信号输出到信号合波器95。
信号合波器95在从鉴频器94收到电信号时，将该电信号输出到A/D转换器96。
信号合波器95在从频率混合器40收到电信号时，将该电信号输出到A/D转换器96。
A/D转换器96将从信号合波器95输出的模拟的电信号转换成数字信号。
A/D转换器96将数字信号分别输出到密度计算部16和温度计算部84。
温度计算部84对由光接收部83检波出的干涉光的光频率进行解析，根据光频率的解析结果，计算气体的温度。
图12所示的激光雷达装置1具备温度计算部84。但是，这只不过是一例，也可以是，激光雷达装置1不具备温度计算部84，由激光雷达装置1以外的计算机等实现温度计算部84。在该情况下，A/D转换器96将数字信号输出到激光雷达装置1以外的计算机等。
图13是示出实施方式2的激光雷达装置1的温度计算部84的结构图。
图14是示出实施方式2的激光雷达装置1的温度计算部84的硬件的硬件结构图。
图13所示的温度计算部84具备频率解析部101、频谱强度计算部102及温度计算处理部103。
频率解析部101例如由图14所示的频率解析电路111实现。
频率解析部101按照每个规定的时间门，对从A/D转换器96输出的数字信号进行高速傅里叶变换，由此，将数字信号转换成频域的信号。
频率解析部101将关于多个距离范围的频域的信号输出到频谱强度计算部102。
频谱强度计算部102例如由图14所示的频谱强度计算电路112实现。
频谱强度计算部102根据从频率解析部101输出的关于各个距离范围的频域的信号，计算关于各个距离范围的接收频谱的强度。
频谱强度计算部102根据从频率解析部101输出的关于各个距离范围的频域的信号，计算关于各个距离范围的接收频谱的强度。
即，如果由光合波器92检波出光频率f1+Δfsft的干涉光或者光频率f2+Δfsft的干涉光，则频谱强度计算部102针对各个距离范围，计算频率f1+Δfsft的接收频谱的强度。
如果由光合波器92检波出光频率f3+Δfsft的干涉光，则频谱强度计算部102针对各个距离范围，计算频率f3+Δfsft的接收频谱的强度。
如果由光合波器92检波出光频率f1-Δfsft的干涉光或者光频率f2-Δfsft的干涉光，则频谱强度计算部102针对各个距离范围，计算频率f1-Δfsft的接收频谱的强度。
如果由光合波器92检波出光频率f3-Δfsft的干涉光，则频谱强度计算部102针对各个距离范围，计算频率f3-Δfsft的接收频谱的强度。
如果由光合波器92检波出光频率f1的干涉光或者光频率f2的干涉光，则频谱强度计算部102针对各个距离范围，计算频率f1的接收频谱的强度。
如果由光合波器92检波出光频率f3的干涉光，则频谱强度计算部102针对各个距离范围，计算频率f3的接收频谱的强度。
频谱强度计算部102将关于各个距离范围的接收频谱的强度输出到温度计算处理部103。
温度计算处理部103例如由图14所示的温度计算处理电路113实现。
温度计算处理部103根据从频谱强度计算部102输出的关于各个距离范围的接收频谱的强度，计算气体的温度。
在图13中，假定作为温度计算部84的结构要素的频率解析部101、频谱强度计算部102及温度计算处理部103分别由图14所示的专用的硬件实现。即，假定温度计算部84由频率解析电路111、频谱强度计算电路112及温度计算处理电路113实现。
频率解析电路111、频谱强度计算电路112及温度计算处理电路113分别例如对应于单一电路、复合电路、程序化的处理器、并行程序化的处理器、ASIC、FPGA、或者它们的组合。
温度计算部84的结构要素不限于由专用的硬件实现，温度计算部84也可以通过软件、固件、或者软件与固件的组合来实现。
软件或者固件以程序的形式存储在计算机的存储器中。计算机是指执行程序的硬件，例如对应于CPU、中央处理装置、处理装置、运算装置、微处理器、微型计算机、处理器、或者DSP。
图15是温度计算部84由软件或者固件等实现的情况下的计算机的硬件结构图。
在温度计算部84由软件或者固件等实现的情况下，用于使计算机执行频率解析部101、频谱强度计算部102及温度计算处理部103中的各个处理步骤的程序被存储在存储器121中。然后，计算机的处理器122执行存储于存储器121的程序。
此外，在图14中，示出温度计算部84的结构要素分别由专用的硬件实现的例子，在图15中，示出温度计算部84由软件或者固件等实现的例子。但是，这只不过是一例，也可以是，温度计算部84中的一部分结构要素由专用的硬件实现，剩余的结构要素由软件或者固件等实现。
接着，对图12所示的激光雷达装置1的动作进行说明。
光源11与实施方式1同样，将激光输出到光分配器31。
频率输出部81将第1频率f1、第2频率f2、或者第3频率f3输出到光发送部82。频率输出部81例如将第1频率f1、第2频率f2以及第3频率f3依次输出到光发送部82。
以下，具体地说明由频率输出部81进行的频率的输出动作。
第1频率振荡器21振荡第1频率f1，将第1频率f1输出到频率混合器26。
第2频率振荡器22断续地振荡相加对象的频率Δf，将相加对象的频率Δf断续地分别输出到频率混合器26和频率混合器40。
第3频率振荡器25振荡第3频率f3，将第3频率f3输出到频率混合器26。
如果未通过第2频率振荡器22振荡出相加对象的频率Δf，则频率混合器26将由第1频率振荡器21振荡出的第1频率f1、或者由第3频率振荡器25振荡出的第3频率f3输出到频率调制器91。
如果通过第2频率振荡器22振荡出相加对象的频率Δf，则频率混合器26将第1频率f1与相加对象的频率Δf的和频率f1+Δf作为第2频率f2输出到频率调制器91。
光分配器31在从光源11收到激光时，与实施方式1同样，以规定的比率对激光进行分配。
光分配器31将分配后的一方的激光输出到频率调制器91，将分配后的另一方的激光输出到光合波器92。
频率调制器91从光分配器31取得激光。
频率调制器91在从频率混合器26取得了第1频率f1时，以第1频率f1对从光分配器31输出的激光的光频率f0进行调制。
频率调制器91将以第1频率f1调制后的激光作为第1激光输出到脉冲调制器33。第1激光的光频率是f0+f1。
频率调制器91在从频率混合器26取得了第2频率f2时，以第2频率f2对激光的光频率f0进行调制。
频率调制器91将以第2频率f2调制后的激光作为第2激光输出到脉冲调制器33。第2激光的光频率是f0+f2。
频率调制器91在从频率混合器26取得了第3频率f3时，以第3频率f3对激光的光频率f0进行调制。
频率调制器91将以第3频率f3调制后的激光作为第3激光输出到脉冲调制器33。第3激光的光频率是f0+f3。
图16是示出气体的吸收波段、从光源11输出的激光具有的波长、第1波长、第2波长及第3波长的说明图。
在图16中，横轴为波长，纵轴为激光相对于气体的透过率。
虚线表示从光源11输出的激光，实线表示气体的吸收波段。第1波长包含在气体的吸收波段中，第2波长不包含在气体的吸收波段中。此外，第3波长是包含在气体的吸收波段中且与第1波长不同的波长。第2波长在气体中的透过率比第1波长在气体中的透过率和第3波长在气体中的透过率都大。即，气体中对第2波长的吸收率比气体对第1波长的吸收率和气体对第3波长的吸收率都小。
脉冲调制器33、光放大器34、光环形器35及光天线36的动作本身与实施方式1相同，因此省略详细的说明。
在图12所示的激光雷达装置1中，从光天线36向空间辐射第1激光、第2激光或者第3激光。
光合波器92从光环形器35取得散射光，从光分配器31取得参照光。
光合波器92对散射光与参照光的干涉光进行检波。
例如，在激光雷达装置1移动或者气体和散射体移动的情况下，散射光受到多普勒频移，散射光的光频率f0+f1、f0+f2、f0+f3偏移。即，如果激光雷达装置1与散射体等正在相互接近，则散射光的光频率f0+f1、f0+f2、f0+f3例如提高频率Δfsft。由于参照光的光频率是f0，因此，干涉光的光频率成为f1+Δfsft(＝f0+f1+Δfsft-f0)、f2+Δfsft(＝f0+f2+Δfsft-f0)、f3+Δfsft(＝f0+f3+Δfsft-f0)。
如果激光雷达装置1与散射体等正在相互远离，则散射光的光频率f0+f1、f0+f2、f0+f3例如降低频率Δfsft。由于参照光的光频率是f0，因此，干涉光的光频率成为f1-Δfsft(＝f0+f1-Δfsft-f0)、f2-Δfsft(＝f0+f2-Δfsft-f0)、f3-Δfsft(＝f0+f3-Δfsft-f0)。
因此，在激光雷达装置1与散射体等正在相互接近时，如果从光环形器35输出作为散射后的第1激光的散射光，则光合波器92将光频率f1+Δfsft的干涉光输出到平衡检测器93。
在激光雷达装置1与散射体等正在相互接近时，如果从光环形器35输出作为散射后的第2激光的散射光，则光合波器92将光频率f2+Δfsft的干涉光输出到平衡检测器93。
此外，在激光雷达装置1与散射体等正在相互接近时，如果从光环形器35输出作为散射后的第3激光的散射光，则光合波器92将光频率f3+Δfsft的干涉光输出到平衡检测器93。
在激光雷达装置1与散射体等正在相互远离时，如果从光环形器35输出作为散射后的第1激光的散射光，则光合波器92将光频率f1-Δfsft的干涉光输出到平衡检测器93。
在激光雷达装置1与散射体等正在相互远离时，如果从光环形器35输出作为散射后的第2激光的散射光，则光合波器92将光频率f2-Δfsft的干涉光输出到平衡检测器93。
此外，在激光雷达装置1与散射体等正在相互远离时，如果从光环形器35输出作为散射后的第3激光的散射光，则光合波器92将光频率f3-Δfsft的干涉光输出到平衡检测器93。
平衡检测器93从光合波器92取得干涉光，将干涉光转换成电信号。
平衡检测器93将电信号输出到鉴频器94。
鉴频器94在从平衡检测器93取得了与光频率f2+Δfsft的干涉光相关的电信号、与光频率f2-Δfsft的干涉光相关的电信号、或者与光频率f2的干涉光相关的电信号时，将取得的电信号输出到频率混合器40。
鉴频器94在从平衡检测器93取得了与光频率f1+Δfsft的干涉光相关的电信号、与光频率f1-Δfsft的干涉光相关的电信号、或者与光频率f1的干涉光相关的电信号时，将取得的电信号输出到信号合波器95。
此外，鉴频器94在从平衡检测器93取得了与光频率f3+Δfsft的干涉光相关的电信号、与光频率f3-Δfsft的干涉光相关的电信号、或者与光频率f3的干涉光相关的电信号时，将取得的电信号输出到信号合波器95。
频率混合器40从第2频率振荡器22取得相加对象的频率Δf(＝f2-f1)，从鉴频器94取得电信号。
如果从鉴频器94输出的电信号的频率是f2+Δfsft，则频率混合器40使用相加对象的频率Δf，将电信号的频率下变频为f1+Δfsft。
如果从鉴频器94输出的电信号的频率是f2-Δfsft，则频率混合器40使用相加对象的频率Δf，将电信号的频率下变频为f1-Δfsft。
如果从鉴频器94输出的电信号的频率是f2，则频率混合器40使用相加对象的频率Δf，将电信号的频率下变频为f1。
频率混合器40将下变频后的电信号输出到信号合波器95。
信号合波器95在从鉴频器94收到电信号时，将该电信号输出到A/D转换器96。
即，信号合波器95在从鉴频器94取得了频率f1+Δfsft的电信号、频率f1-Δfsft的电信号或者频率f1的电信号时，将频率f1+Δfsft的电信号、频率f1-Δfsft的电信号或者频率f1的电信号输出到A/D转换器96。
此外，信号合波器95在从鉴频器94取得了频率f3+Δfsft的电信号、频率f3-Δfsft的电信号或者频率f3的电信号时，将频率f3+Δfsft的电信号、频率f3-Δfsft的电信号或者频率f3的电信号输出到A/D转换器96。
信号合波器95在从频率混合器40收到电信号时，将该电信号输出到A/D转换器96。
即，信号合波器95在从频率混合器40取得了频率f1+Δfsft的电信号、频率f1-Δfsft的电信号或者频率f1的电信号时，将频率f1+Δfsft的电信号、频率f1-Δfsft的电信号或者频率f1的电信号输出到A/D转换器96。
A/D转换器96从信号合波器95取得电信号。
A/D转换器96将模拟的电信号转换成数字信号，将数字信号分别输出到密度计算部16和温度计算部84。
密度计算部16从A/D转换器96取得数字信号。
密度计算部16与实施方式1同样，按照每个规定的时间门，对数字信号进行高速傅里叶变换，由此，将数字信号转换成频域的信号，对干涉光的频率进行解析。
密度计算部16根据频率的解析结果，计算气体的密度。
即，在图12所示的激光雷达装置1中，如果激光雷达装置1与散射体等正在相互接近，则与实施方式1同样，密度计算部16根据辐射了第1激光时的频率f1+Δfsft的接收频谱的强度和辐射了第2激光时的频率f1+Δfsft的接收频谱的强度，计算气体的密度。如果激光雷达装置1与散射体等正在相互远离，则与实施方式1同样，密度计算部16根据辐射了第1激光时的频率f1-Δfsft的接收频谱的强度和辐射了第2激光时的频率f1-Δfsft的接收频谱的强度，计算气体的密度。如果激光雷达装置1未移动且散射体等未移动，则与实施方式1同样，密度计算部16根据辐射了第1激光时的频率f1的接收频谱的强度和辐射了第2激光时的频率f1的接收频谱的强度，计算气体的密度。
但是，这只不过是一例，如果激光雷达装置1与散射体等正在相互接近，则密度计算部16也可以根据作为有效波长的接收强度的频率f3+Δfsft的接收频谱的强度和作为无效波长的接收强度的频率f1+Δfsft的接收频谱的强度，计算气体的密度。如果激光雷达装置1与散射体等正在相互远离，则密度计算部16也可以根据作为有效波长的接收强度的频率f3-Δfsft的接收频谱的强度和作为无效波长的接收强度的频率f1-Δfsft的接收频谱的强度，计算气体的密度。如果激光雷达装置1未移动且散射体等未移动，则密度计算部16也可以根据作为有效波长的接收强度的频率f3的接收频谱的强度和作为无效波长的接收强度的频率f1的接收频谱的强度，计算气体的密度。
温度计算部84的频率解析部101从A/D转换器96取得数字信号。
频率解析部101与密度计算部16的频率解析部51同样，按照每个规定的时间门，对数字信号进行高速傅里叶变换，由此，将数字信号转换成频域的信号。
频率解析部101将关于与各个时间门对应的距离范围的频域的信号输出到频谱强度计算部102。
频谱强度计算部102从频率解析部101取得关于各个距离范围的频域的信号。
在激光雷达装置1与散射体等正在相互接近时，如果光合波器92检波出光频率f1+Δfsft的干涉光，则频谱强度计算部102根据关于各个距离范围的频域的信号来检测频率f1+Δfsft的接收频谱。由频谱强度计算部102检测到的频率f1+Δfsft的接收频谱是通过将与从鉴频器94输出的频率f1+Δfsft的电信号相关的数字信号转换成频域的信号而得到的频谱。
此外，在激光雷达装置1与散射体等正在相互接近时，如果光合波器92检波出光频率f2+Δfsft的干涉光，则频谱强度计算部102针对各个距离范围，根据频域的信号来检测频率f1+Δfsft的接收频谱。由频谱强度计算部102检测到的频率f1+Δfsft的接收频谱是通过将与从频率混合器40输出的频率f1+Δfsft的电信号相关的数字信号转换成频域的信号而得到的频谱。
在激光雷达装置1与散射体等正在相互接近时，如果光合波器92检波出光频率f3+Δfsft的干涉光，则频谱强度计算部102根据关于各个距离范围的频域的信号来检测频率f3+Δfsft的接收频谱。
在激光雷达装置1与散射体等正在相互远离时，如果光合波器92检波出光频率f1-Δfsft的干涉光，则频谱强度计算部102针对各个距离范围，检测频率f1-Δfsft的接收频谱。由频谱强度计算部102检测到的频率f1-Δfsft的接收频谱是通过将与从鉴频器94输出的频率f1-Δfsft的电信号相关的数字信号转换成频域的信号而得到的频谱。
此外，在激光雷达装置1与散射体等正在相互远离时，如果光合波器92检波出光频率f2-Δfsft的干涉光，则频谱强度计算部102针对各个距离范围，检测频率f1-Δfsft的接收频谱。由频谱强度计算部102检测到的频率f1-Δfsft的接收频谱是通过将与从频率混合器40输出的频率f1-Δfsft的电信号相关的数字信号转换成频域的信号而得到的频谱。
在激光雷达装置1与散射体等正在相互远离时，如果光合波器92检波出光频率f3-Δfsft的干涉光，则频谱强度计算部102根据关于各个距离范围的频域的信号，来检测频率f3-Δfsft的接收频谱。
在激光雷达装置1未移动且散射体等未移动时，如果光合波器92检波出光频率f1的干涉光，则频谱强度计算部102针对各个距离范围，检测频率f1的接收频谱。由频谱强度计算部102检测到的频率f1的接收频谱是通过将与从鉴频器94输出的频率f1的电信号相关的数字信号转换成频域的信号而得到的频谱。
此外，在激光雷达装置1未移动且散射体等未移动时，如果光合波器92检波出光频率f2的干涉光，则频谱强度计算部102针对各个距离范围，检测频率f1的接收频谱。由频谱强度计算部102检测到的频率f1的接收频谱是通过将与从频率混合器40输出的频率f1的电信号相关的数字信号转换成频域的信号而得到的频谱。
在激光雷达装置1未移动且散射体等未移动时，如果光合波器92检波出光频率f3的干涉光，则频谱强度计算部102针对各个距离范围，检测频率f3的接收频谱
如果激光雷达装置1与散射体等正在相互接近，则频谱强度计算部102针对各个距离范围，计算辐射了第1激光时的频率f1+Δfsft的接收频谱的强度、辐射了第2激光时的频率f1+Δfsft的接收频谱的强度、以及辐射了第3激光时的频率f3+Δfsft的接收频谱的强度。
如果激光雷达装置1与散射体等正在相互远离，则频谱强度计算部102针对各个距离范围，计算辐射了第1激光时的频率f1-Δfsft的接收频谱的强度、辐射了第2激光时的频率f1-Δfsft的接收频谱的强度、以及辐射了第3激光时的频率f3-Δfsft的接收频谱的强度。
频谱强度计算部102在激光雷达装置1未移动且散射体等未移动的情况下，针对各个距离范围，计算辐射了第1激光时的频率f1的接收频谱的强度、辐射了第2激光时的频率f1的接收频谱的强度、以及辐射了第3激光时的频率f3的接收频谱的强度。
频谱强度计算部102计算接收频谱的强度的处理与频谱强度计算部52计算接收频谱的强度的处理相同。
频谱强度计算部102将关于各个距离范围的接收频谱的强度输出到温度计算处理部103。
如果激光雷达装置1与散射体等正在相互接近，则温度计算处理部103从频谱强度计算部102针对各个距离范围而取得辐射了第1激光时的频率f1+Δfsft的接收频谱的强度、辐射了第2激光时的频率f1+Δfsft的接收频谱的强度、以及辐射了第3激光时的频率f3+Δfsft的接收频谱的强度。
温度计算处理部103根据关于各个距离范围的2个频率f1+Δfsft的接收频谱的强度和频率f3+Δfsft的接收频谱的强度，来计算气体的温度。
如果激光雷达装置1与散射体等正在相互接近，则通过温度计算处理部103，将作为有效波长的接收强度的频率f1+Δfsft的接收频谱的强度、作为无效波长的接收强度的频率f1+Δfsft的接收频谱的强度、以及作为有效波长的接收强度的频率f3+Δfsft的接收频谱的强度用于气体的温度的计算。
如果激光雷达装置1与散射体等正在相互远离，则温度计算处理部103从频谱强度计算部102针对各个距离范围而取得辐射了第1激光时的频率f1-Δfsft的接收频谱的强度、辐射了第2激光时的频率f1-Δfsft的接收频谱的强度、以及辐射了第3激光时的频率f3-Δfsft的接收频谱的强度。
温度计算处理部103根据关于各个距离范围的2个频率f1-Δfsft的接收频谱的强度和频率f3-Δfsft的接收频谱的强度，来计算气体的温度。
如果激光雷达装置1与散射体等正在相互远离，则通过温度计算处理部103，将作为有效波长的接收强度的频率f1-Δfsft的接收频谱的强度、作为无效波长的接收强度的频率f1-Δfsft的接收频谱的强度、以及作为有效波长的接收强度的频率f3-Δfsft的接收频谱的强度用于气体的温度的计算。
在激光雷达装置1未移动且散射体等未移动的情况下，温度计算处理部103从频谱强度计算部102针对各个距离范围而取得辐射了第1激光时的频率f1的接收频谱的强度、辐射了第2激光时的频率f1的接收频谱的强度、以及辐射了第3激光时的频率f3的接收频谱的强度。
温度计算处理部103根据关于各个距离范围的2个频率f1的接收频谱的强度和频率f3的接收频谱的强度，来计算气体的温度。
在激光雷达装置1未移动且散射体等未移动的情况下，通过温度计算处理部103，将作为有效波长的接收强度的频率f1的接收频谱的强度、作为无效波长的接收强度的频率f1的接收频谱的强度、以及作为有效波长的接收强度的频率f3的接收频谱的强度用于气体的温度的计算。
根据3个频率的接收频谱的强度来计算气体的温度的处理本身是公知的技术，例如，在以下的非专利文献4中被公开。因此，省略计算气体的温度的处理的详细内容。
[非专利文献4]
Shibata，Yasukuni，Chikao Nagasawa，and Makoto Abo.”A direct detection1.6μm DIAL with three wavelengths for high accuracy measurements ofverticalCO2concentration and temperature profiles.”Lidar Technologies，Techniques，andMeasurements for Atmospheric Remote Sensing IX.Vol.8894.International Societyfor Optics and Photonics，2013.
在以上的实施方式2中，激光雷达装置1构成为，频率输出部81将第1频率、第2频率或者第3频率输出到光发送部82，如果从频率输出部81输出第3频率，则光发送部82以第3频率对从光源11输出的激光的光频率进行调制，将以第3频率调制后的激光作为具有包含在吸收波段中的波长的第3激光辐射到空间，光接收部83接收由散射体散射后的第1激光、由散射体散射后的第2激光、或者由散射体散射后的第3激光作为散射光，对散射光与参照光的干涉光进行检波。此外，激光雷达装置1具备温度计算部84，该温度计算部84对由光接收部83检波出的干涉光的光频率进行解析，根据光频率的解析结果，计算气体的温度。因此，激光雷达装置1即便在气体与激光雷达装置1的相对位置变化的状况或者浮游在空间中的散射体的分布变化的状况下，也能够防止气体的密度中的计算精度的劣化，并且还能够计算气体的温度。
在图12所示的激光雷达装置1中，第1波长和第3波长是包含在相同的气体的吸收波段中的波长。但是，这只不过是一例，第1波长和第3波长也可以是包含在互不相同的气体的吸收波段中的波长。即，也可以是，第1波长是包含在第1气体的吸收波段中的波长，第3波长是包含在第2气体的吸收波段中的波长。另外，第2波长是不包含在第1气体的吸收波段中的波长，并且是不包含在第2气体的吸收波段中的波长。
在该情况下，如果激光雷达装置1与散射体等正在相互接近，则密度计算部16根据作为有效波长的接收强度的频率f1+Δfsft的接收频谱的强度和作为无效波长的接收强度的频率f1+Δfsft的接收频谱的强度，计算第1气体的密度，并且，根据作为有效波长的接收强度的频率f3+Δfsft的接收频谱的强度和作为无效波长的接收强度的频率f1+Δfsft的接收频谱的强度，计算第2气体的密度。
如果激光雷达装置1与散射体等正在相互远离，则密度计算部16根据作为有效波长的接收强度的频率f1-Δfsft的接收频谱的强度和作为无效波长的接收强度的频率f1-Δfsft的接收频谱的强度，计算第1气体的密度，并且，根据作为有效波长的接收强度的频率f3-Δfsft的接收频谱的强度和作为无效波长的接收强度的频率f1-Δfsft的接收频谱的强度，计算第2气体的密度。
如果激光雷达装置1未移动且散射体等未移动，则密度计算部16根据作为有效波长的接收强度的频率f1的接收频谱的强度和作为无效波长的接收强度的频率f1的接收频谱的强度，计算第1气体的密度，并且根据作为有效波长的接收强度的频率f3的接收频谱的强度和作为无效波长的接收强度的频率f1的接收频谱的强度，计算第2气体的密度。由此，图12所示的激光雷达装置1能够计算互不相同的2个气体的密度。
实施方式3.
在实施方式3中，针对如下激光雷达装置1进行说明：参照光输出部131除了具备光分配器31之外还具备频率调制器141。
图17是示出实施方式3的激光雷达装置1的结构图。在图17中，与图1相同的标号表示相同或者相当的部分，因此省略说明。
图17所示的激光雷达装置1具备光源11、频率输出部12、参照光输出部131、光发送部14、光接收部132及密度计算部16。
在图17所示的激光雷达装置1中，频率输出部12与实施方式1同样，将第1频率f1或者第2频率f2输出到光发送部14。
在图17所示的激光雷达装置1中，频率输出部12在将第1频率f1输出到光发送部14时，不向参照光输出部131输出相加对象的频率Δf。频率输出部12在将第2频率f2输出到光发送部14时，将相加对象的频率Δf输出到参照光输出部131。
参照光输出部131具备光分配器31和频率调制器141。
如果从频率输出部12向光发送部14输出第1频率f1，则参照光输出部131将从光源11输出的激光作为参照光输出到光接收部132。
如果从频率输出部12向光发送部14输出第2频率f2，则参照光输出部131以相加对象的频率Δf调制从光源11输出的激光。
参照光输出部131将以相加对象的频率Δf调制后的激光作为参照光输出到光接收部132。
频率调制器141例如由使用声光元件的调制元件或者使用铌酸锂晶体的调制元件实现。
如果未从第2频率振荡器22输出相加对象的频率Δf，则频率调制器141将从光分配器31输出的激光作为参照光输出到光合波器142。该参照光的光频率是f0。
如果从第2频率振荡器22输出相加对象的频率Δf，则频率调制器141以相加对象的频率Δf调制从光分配器31输出的激光。
频率调制器141将以相加对象的频率Δf调制后的激光作为参照光输出到光合波器142。该参照光的光频率是f0+Δf(＝f0+f2-f1)。
光接收部132具备光环形器35、光天线36、光合波器142、平衡检测器143及A/D转换器144。
光接收部132接收在从光发送部14辐射之后由浮游在空间中的散射体散射后的第1激光、或者由散射体散射后的第2激光作为散射光，对散射光与参照光的干涉光进行检波。
光合波器142例如由分束器或者光纤型耦合器实现。
光合波器142对从光环形器35输出的散射光与从频率调制器141输出的参照光的干涉光进行检波。
光合波器142将干涉光输出到平衡检测器143。
在激光雷达装置1与散射体等正在相互接近时，如果从光环形器35输出作为散射后的第1激光的散射光，则由于参照光的光频率是f0，因此光合波器142将光频率f1+Δfsft的干涉光输出到平衡检测器143。
此外，在激光雷达装置1与散射体等正在相互接近时，如果从光环形器35输出作为散射后的第2激光的散射光，则由于参照光的光频率是f0+f2-f1，因此光合波器142将光频率f1+Δfsft的干涉光输出到平衡检测器143。
在激光雷达装置1与散射体等正在相互远离时，如果从光环形器35输出作为散射后的第1激光的散射光，则由于参照光的光频率是f0，因此光合波器142将光频率f1-Δfsft的干涉光输出到平衡检测器143。
此外，在激光雷达装置1与散射体等正在相互远离时，如果从光环形器35输出作为散射后的第2激光的散射光，则由于参照光的光频率是f0+f2-f1，因此光合波器142将光频率f1-Δfsft的干涉光输出到平衡检测器143。
在激光雷达装置1未移动且散射体等未移动的情况下，如果从光环形器35输出作为散射后的第1激光的散射光，则由于参照光的光频率是f0，因此光合波器142将光频率f1的干涉光输出到平衡检测器143。
此外，在激光雷达装置1未移动且散射体等未移动的情况下，如果从光环形器35输出作为散射后的第2激光的散射光，则由于参照光的光频率是f0+f2-f1，因此光合波器142将光频率f1的干涉光输出到平衡检测器143。
平衡检测器143例如由使用2个光电二极管来减轻共模噪声这样的平衡接收器实现。
平衡检测器143将从光合波器142输出的干涉光转换成电信号。
平衡检测器143将电信号输出到A/D转换器144。
A/D转换器144将从平衡检测器143输出的模拟的电信号转换成数字信号。
A/D转换器144将数字信号输出到密度计算部16。
接着，对图17所示的激光雷达装置1进行说明。
光源11将激光输出到光分配器31。
频率输出部12将第1频率f1或者第2频率f2输出到光发送部14。频率输出部12例如将第1频率f1和第2频率f2交替地输出到光发送部14。
以下，具体地说明由频率输出部12进行的频率的输出动作。
第1频率振荡器21振荡第1频率f1，将第1频率f1输出到频率混合器23。
第2频率振荡器22断续地振荡相加对象的频率Δf，将相加对象的频率Δf断续地输出到频率混合器23。
第2频率振荡器22在将相加对象的频率Δf输出到频率混合器23时，向频率调制器141输出相加对象的频率Δf。
第2频率振荡器22在未向频率混合器23输出相加对象的频率Δf时，不向频率调制器141输出相加对象的频率Δf。
如果未从第2频率振荡器22输出相加对象的频率Δf，则频率混合器23将由第1频率振荡器21振荡出的第1频率f1输出到频率调制器32。
如果从第2频率振荡器22输出相加对象的频率Δf，则频率混合器23将第1频率f1与相加对象的频率Δf的和频率f1+Δf作为第2频率f2输出到频率调制器32。
光分配器31在从光源11收到激光时，以规定的比率对激光进行分配。作为规定的比率，例如是频率调制器32侧为90、频率调制器141侧为10的比率。
光分配器31将分配后的一方的激光输出到频率调制器32，将分配后的另一方的激光输出到频率调制器141。
频率调制器32、脉冲调制器33、光放大器34、光环形器35及光天线36的动作本身与实施方式1相同，因此省略详细的说明。
从光天线36向气体所在的空间辐射第1激光或者第2激光。由浮游在空间中的散射体散射后的第1激光或者由散射体散射后的第2激光作为散射光被光天线36接收。
光环形器35将被光天线36接收的散射光输出到光合波器142。
如果未从第2频率振荡器22输出相加对象的频率Δf，则频率调制器141将从光源11输出的激光作为参照光输出到光合波器142。该参照光的光频率是f0。
如果从第2频率振荡器22输出相加对象的频率Δf，则频率调制器141以第2频率f2调制从光源11输出的激光的光频率f0。
频率调制器141将以第2频率f2调制后的激光作为参照光输出到光合波器142。该参照光的光频率是f0+f2。
光合波器142从光环形器35取得散射光，从频率调制器141取得参照光。
光合波器142对散射光与参照光的干涉光进行检波。
例如，在激光雷达装置1移动或者气体和散射体移动的情况下，散射光受到多普勒频移，散射光的光频率f0+f1、f0+f2偏移。即，如果激光雷达装置1与散射体等正在相互接近，则散射光的光频率f0+f1、f0+f2例如提高频率Δfsft。在从光环形器35取得了光频率为f0+f1+Δfsft的散射光时，由于从频率调制器141输出的参照光的光频率是f0，因此，干涉光的光频率成为f1+Δfsft(＝f0+f1+Δfsft-f0)。在从光环形器35取得了光频率为f0+f2+Δfsft的散射光时，由于从频率调制器141输出的参照光的光频率是f0+f2-f1，因此，干涉光的光频率成为f1+Δfsft(＝f0+f2+Δfsft-(f0+f2-f1))。
如果激光雷达装置1与散射体等正在相互远离，则散射光的光频率f0+f1、f0+f2例如降低频率Δfsft。在从光环形器35取得了光频率为f0+f1-Δfsft的散射光时，由于从频率调制器141输出的参照光的光频率是f0，因此，干涉光的光频率成为f1-Δfsft(＝f0+f1-Δfsft-f0)。在从光环形器35取得了光频率为f0+f2-Δfsft的散射光时，由于从频率调制器141输出的参照光的光频率是f0+f2-f1，因此，干涉光的光频率成为f1-Δfsft(＝f0+f2-Δfsft-(f0+f2-f1))。
在激光雷达装置1未移动且散射体等未移动的情况下，散射光的光频率f0+f1、f0+f2不变化。Δfsft＝0。在从光环形器35取得了光频率为f0+f1的散射光时，由于从频率调制器141输出的参照光的光频率是f0，因此，干涉光的光频率成为f1(＝f0+f1-f0)。在从光环形器35取得了光频率为f0+f2的散射光时，由于从频率调制器141输出的参照光的光频率是f0+f2-f1，因此，干涉光的光频率成为f1(＝f0+f2-(f0+f2-f1))。
因此，在激光雷达装置1与散射体等正在相互接近时，如果从光环形器35输出作为散射后的第1激光的散射光，则光合波器142将光频率f1+Δfsft的干涉光输出到平衡检测器143。
此外，在激光雷达装置1与散射体等正在相互接近时，如果从光环形器35输出作为散射后的第2激光的散射光，则与输出散射后的第1激光时同样，光合波器142将光频率f1+Δfsft的干涉光输出到平衡检测器143。
在激光雷达装置1与散射体等正在相互远离时，如果从光环形器35输出作为散射后的第1激光的散射光，则光合波器142将光频率f1-Δfsft的干涉光输出到平衡检测器143。
此外，在激光雷达装置1与散射体等正在相互远离时，如果从光环形器35输出作为散射后的第2激光的散射光，则与输出散射后的第1激光时同样，光合波器142将光频率f1-Δfsft的干涉光输出到平衡检测器143。
在激光雷达装置1未移动且散射体等未移动的情况下，如果从光环形器35输出作为散射后的第1激光的散射光，则光合波器142将光频率f1的干涉光输出到平衡检测器143。
此外，在激光雷达装置1未移动且散射体等未移动的情况下，如果从光环形器35输出作为散射后的第2激光的散射光，则与输出散射后的第1激光时同样，光合波器142将光频率f1的干涉光输出到平衡检测器143。
平衡检测器143从光合波器142取得干涉光，将干涉光转换成电信号。
平衡检测器143将电信号输出到A/D转换器144。
A/D转换器144从平衡检测器143取得电信号。
A/D转换器144将模拟的电信号转换成数字信号，将数字信号输出到密度计算部16。
密度计算部16在从A/D转换器144收到数字信号时，计算气体的密度。
即，如果激光雷达装置1与散射体等正在相互接近，则密度计算部16将辐射了第1激光时的频率f1+Δfsft的接收频谱的强度和辐射了第2激光时的频率f1+Δfsft的接收频谱的强度代入到式(2)中，由此计算气体的密度。
如果激光雷达装置1与散射体等正在相互远离，则密度计算部16将辐射了第1激光时的频率f1-Δfsft的接收频谱的强度和辐射了第2激光时的频率f1-Δfsft的接收频谱的强度代入到式(2)中，由此计算气体的密度。
如果激光雷达装置1未移动且散射体等未移动，则密度计算部16将辐射了第1激光时的频率f1的接收频谱的强度和辐射了第2激光时的频率f1的接收频谱的强度代入到式(2)中，由此计算气体的密度。
在图17所示的激光雷达装置1中，也与图1所示的激光雷达装置1同样，不具备2个光源就能够计算气体的密度。
在图17所示的激光雷达装置1中，不需要鉴频器39、频率混合器40及信号合波器41。
在图17所示的激光雷达装置1中，将频率调制器141应用于图1所示的激光雷达装置1。但是，这只不过是一例，也可以将频率调制器141应用于图11所示的激光雷达装置1或者图12所示的激光雷达装置1。
在图17所示的激光雷达装置1中，频率输出部12的频率混合器23将第1频率f1或者第2频率f2输出到光发送部14的频率调制器32。此外，频率输出部12的第2频率振荡器22仅在将相加对象的频率Δf输出到频率混合器23时，将相加对象的频率Δf输出到参照光输出部131的频率调制器141。
但是，这只不过是一例，如图18所示，也可以是，频率输出部12的第2频率振荡器22’将第2频率f2断续地输出到频率调制器32，频率混合器23’将第1频率f1或者第1频率f1与第2频率f2的和频率f1+f2输出到频率调制器141。
图18是示出实施方式3的另一激光雷达装置1的结构图。
在图18所示的激光雷达装置1中，频率输出部12具备第1频率振荡器21、第2频率振荡器22’及频率混合器23’。
第2频率振荡器22’断续地振荡第2频率f2，将第2频率f2断续地分别输出到频率调制器32和频率混合器23’。如果未从第2频率振荡器22’输出第2频率f2，则频率混合器23’将由第1频率振荡器21振荡出的第1频率f1输出到频率调制器141。如果从第2频率振荡器22’输出第2频率f2，则频率混合器23’将第1频率f1与第2频率f2的和频率f1+f2输出到频率调制器141。
在图18所示的激光雷达装置1中，如果未从第2频率振荡器22’输出第2频率f2，则光发送部14的频率调制器32不以第1频率f1对从光分配器31输出的激光的光频率f0进行调制，而是将该激光作为第1激光输出到脉冲调制器33。如果从第2频率振荡器22’输出第2频率f2，则频率调制器32通过以第2频率f2对从光分配器31输出的激光的光频率f0进行调制而生成第2激光，将第2激光输出到脉冲调制器33。
在图18所示的激光雷达装置1中，设为从光源11输出的激光具有的波长包含在气体的吸收波段中。此外，气体对通过以第2频率f2进行调制而生成的第2激光的吸收率比对第1激光的吸收率低。
如果从频率混合器23’输出第1频率f1，则参照光输出部131的频率调制器141以第1频率f1调制从光分配器31输出的激光的光频率f0，将以第1频率f1调制后的激光作为参照光输出到光合波器142。
如果从频率混合器23输出和频率f1+f2，则频率调制器141以和频率f1+f2对从光分配器31输出的激光的光频率f0进行调制，将以和频率f1+f2调制后的激光作为参照光输出到光合波器142。
在激光雷达装置1与散射体等正在相互接近时，如果从频率混合器23’向频率调制器141输出第1频率f1，则光合波器142从频率调制器141取得光频率为f0+f1的参照光，从光环形器35取得光频率为f0+Δfsft的散射光。此时，由光合波器142检波出的干涉光的光频率是-f1+Δfsft(＝f0+Δfsft-(f0+f1))。
在激光雷达装置1与散射体等正在相互接近时，如果从频率混合器23’向频率调制器141输出和频率f1+f2，则光合波器142从频率调制器141取得光频率为f0+f1+f2的参照光，从光环形器35取得光频率为f0+f2+Δfsft的散射光。此时，由光合波器142检波出的干涉光的光频率是-f1+Δfsft(＝f0+f2+Δfsft-(f0+f1+f2))。
在激光雷达装置1与散射体等正在相互远离时，如果从频率混合器23’向频率调制器141输出第1频率f1，则光合波器142从频率调制器141取得光频率为f0+f1的参照光，从光环形器35取得光频率为f0-Δfsft的散射光。此时，由光合波器142检波出的干涉光的光频率是-f1-Δfsft(＝f0-Δfsft-(f0+f1))。
在激光雷达装置1与散射体等正在相互远离时，如果从频率混合器23’向频率调制器141输出和频率f1+f2，则光合波器142从频率调制器141取得光频率为f0+f1+f2的参照光，从光环形器35取得光频率为f0+f2-Δfsft的散射光。此时，由光合波器142检波出的干涉光的光频率是-f1-Δfsft(＝f0+f2-Δfsft-(f0+f1+f2))。
在激光雷达装置1未移动且散射体等未移动时，如果从频率混合器23’向频率调制器141输出第1频率f1，则光合波器142从频率调制器141取得光频率为f0+f1的参照光，从光环形器35取得光频率为f0的散射光。此时，由光合波器142检波出的干涉光的光频率是-f1(＝f0-(f0+f1))。
在激光雷达装置1未移动且散射体等未移动时，如果从频率混合器23’向频率调制器141输出和频率f1+f2，则光合波器142从频率调制器141取得光频率为f0+f1+f2的参照光，从光环形器35取得光频率为f0+f2的散射光。此时，由光合波器142检波的干涉光的光频率是-f1(＝f0+f2-(f0+f1+f2))。
平衡检测器143从光合波器142取得干涉光，将干涉光转换成电信号。
平衡检测器143将电信号输出到A/D转换器144。
A/D转换器144从平衡检测器143取得电信号。
A/D转换器144将模拟的电信号转换成数字信号，将数字信号输出到密度计算部16。
密度计算部16在从A/D转换器144收到数字信号时，计算气体的密度。
即，如果激光雷达装置1与散射体等正在相互接近，则密度计算部16将辐射了第1激光时的频率-f1+Δfsft的接收频谱的强度和辐射了第2激光时的频率-f1+Δfsft的接收频谱的强度代入到式(2)中，由此计算气体的密度。
如果激光雷达装置1与散射体等正在相互远离，则密度计算部16将辐射了第1激光时的频率-f1-Δfsft的接收频谱的强度和辐射了第2激光时的频率-f1-Δfsft的接收频谱的强度代入到式(2)中，由此计算气体的密度。
如果激光雷达装置1未移动且散射体等未移动，则密度计算部16将辐射了第1激光时的频率-f1的接收频谱的强度和辐射了第2激光时的频率-f1的接收频谱的强度代入到式(2)中，由此计算气体的密度。
实施方式4.
在实施方式4中，针对如下激光雷达装置1进行说明：光发送部152将以第1频率调制后的激光作为第1激光辐射到空间，且将以第2频率调制后的激光作为第2激光辐射到空间。即，针对光发送部152将第1激光和第2激光同时辐射到空间的激光雷达装置1进行说明。
图19是示出实施方式4的激光雷达装置1的结构图。在图19中，与图1及图12相同的标号表示相同或者相当的部分，因此省略说明。
图19所示的激光雷达装置1具备光源11、频率输出部151、参照光输出部13、光发送部152、光接收部153及密度计算部16。
频率输出部151具备第1频率振荡器21、第2频率振荡器22、第3频率振荡器25、信号合波器27及频率转换部28。
频率输出部151将第1频率f1和第2频率f2分别输出到光发送部152。
第1频率振荡器21振荡第1频率f1，将第1频率f1输出到信号合波器27。
第2频率振荡器22振荡相加对象的频率Δf(＝f2-f1)，将相加对象的频率Δf分别输出到信号合波器27和频率转换部28。在图19所示的激光雷达装置1中，第2频率振荡器22连续地振荡相加对象的频率Δf。
第3频率振荡器25振荡第3频率f3，将第3频率f3输出到频率转换部28。
信号合波器27计算从第1频率振荡器21输出的第1频率f1与从第2频率振荡器22输出的相加对象的频率Δf的和频率f1+Δf(＝f2-f1)作为第2频率f2。
信号合波器27将第1频率f1和第2频率f2的双方输出到后述的频率调制器161。
频率转换部28例如由混频器实现。
频率转换部28将从第2频率振荡器22输出的相加对象的频率Δf转换成相加对象的频率Δf与从第3频率振荡器25输出的第3频率f3的和频率Δf+f3(＝f2-f1+f3)。
频率转换部28将和频率Δf+f3作为第4频率f4输出到后述的频率混合器165。
光发送部152具备光分配器31、频率调制器161、脉冲调制器33、光放大器34、光环形器35及光天线36。
光发送部152从频率输出部151取得第1频率f1和第2频率f2的双方。
光发送部152以第1频率f1对从光源11输出的激光的光频率f0进行调制，以第2频率f2对从光源11输出的激光的光频率f0进行调制。
光发送部152将以第1频率f1调制后的激光作为第1激光辐射到空间，将以第2频率f2调制后的激光作为第2激光辐射到空间。
即，光发送部152将第1激光和第2激光同时辐射到气体所在的空间。
频率调制器161例如由使用声光元件的调制元件或者使用铌酸锂晶体的调制元件实现。
频率调制器161从信号合波器27取得第1频率f1和第2频率f2的双方。
频率调制器161以第1频率f1对从光源11输出的激光的光频率f0进行调制，将频率调制后的激光作为第1激光输出到脉冲调制器33。第1激光的光频率是f0+f1。
频率调制器161以第2频率f2对从光源11输出的激光的光频率f0进行调制，将频率调制后的激光作为第2激光输出到脉冲调制器33。第2激光的光频率是f0+f2。
光接收部153具备光环形器35、光天线36、光合波器162、平衡检测器163、鉴频器164、频率混合器165、信号合波器166及A/D转换器167。
光接收部153接收在由光发送部152辐射之后由浮游在空间中的散射体散射后的第1激光和由散射体散射后的第2激光分别作为散射光，对散射光与参照光的干涉光进行检波。
光合波器162例如由分束器或者光纤型耦合器实现。
光合波器162对从光环形器35输出的散射光与从光分配器31输出的参照光的干涉光进行检波。
光合波器162将干涉光输出到平衡检测器163。
例如，在激光雷达装置1移动或者气体和散射体移动的情况下，散射光受到多普勒频移，散射光的光频率f0+f1、f0+f2偏移。即，如果激光雷达装置1与散射体等正在相互接近，则散射光的光频率f0+f1、f0+f2例如提高频率Δfsft。如果激光雷达装置1与散射体等正在相互远离，则散射光的光频率f0+f1、f0+f2例如降低频率Δfsft。
因此，在激光雷达装置1与散射体等正在相互接近时，光合波器162将光频率f1+Δfsft的干涉光输出到平衡检测器163，将光频率f2+Δfsft的干涉光输出到平衡检测器163。
在激光雷达装置1与散射体等正在相互远离时，光合波器162将光频率f1-Δfsft的干涉光输出到平衡检测器163，将光频率f2-Δfsft的干涉光输出到平衡检测器163。
在激光雷达装置1未移动且散射体等未移动的情况下，散射光的光频率f0+f1、f0+f2不偏移，因此，光合波器162将频率f1的干涉光输出到平衡检测器163，将频率f2的干涉光输出到平衡检测器163。
平衡检测器163例如由使用2个光电二极管来减轻共模噪声这样的平衡接收器实现。
平衡检测器163将从光合波器162输出的干涉光转换成电信号。
平衡检测器163将电信号输出到鉴频器164。
鉴频器164在从平衡检测器163输出与光频率f2+Δfsft的干涉光相关的电信号、与光频率f2-Δfsft的干涉光相关的电信号、或者与光频率f2的干涉光相关的电信号时，将这些电信号输出到频率混合器165。
鉴频器164在从平衡检测器163输出与光频率f1+Δfsft的干涉光相关的电信号、与光频率f1-Δfsft的干涉光相关的电信号、或者与光频率f1的干涉光相关的电信号时，将这些电信号输出到信号合波器166。
频率混合器165使用从频率转换部28输出的第4频率f4，对从鉴频器164输出的电信号的频率进行下变频。
即，如果从鉴频器164输出的电信号的频率是f2+Δfsft，则频率混合器165使用第4频率f4，将电信号的频率下变频为f2-f4+Δfsft。
如果从鉴频器164输出的电信号的频率是f2-Δfsft，则频率混合器165使用第4频率f4，将电信号的频率下变频为f2-f4-Δfsft。
如果从鉴频器164输出的电信号的频率是f2，则频率混合器165使用第4频率f4，将电信号的频率下变频为f2-f4。
频率混合器165将下变频后的电信号输出到信号合波器166。
信号合波器166对从鉴频器164输出的电信号与从频率混合器165输出的电信号进行合波，将合波后的电信号输出到A/D转换器167。
A/D转换器167将从信号合波器166输出的模拟的电信号转换成数字信号。
A/D转换器167将数字信号输出到密度计算部16。
接着，对图19所示的激光雷达装置1进行说明。
光源11将激光输出到光分配器31。
频率输出部151将第1频率f1和第2频率f2分别输出到光发送部152。
以下，具体地说明由频率输出部151进行的频率的输出动作。
第1频率振荡器21振荡第1频率f1，将第1频率f1输出到信号合波器27。
第2频率振荡器22振荡相加对象的频率Δf，将相加对象的频率Δf分别输出到信号合波器27和频率转换部28。
第3频率振荡器25振荡第3频率f3，将第3频率f3输出到频率转换部28。
信号合波器27从第1频率振荡器21取得第1频率f1，从第2频率振荡器22取得相加对象的频率Δf(＝f2-f1)。
信号合波器27计算第1频率f1与相加对象的频率Δf的和频率f1+Δf作为第2频率f2。
信号合波器27将第1频率f1和第2频率f2的双方输出到频率调制器161。
频率转换部28从第2频率振荡器22取得相加对象的频率Δf，从第3频率振荡器25取得第3频率f3。
频率转换部28将相加对象的频率Δf与第3频率f3的和频率Δf+f3作为第4频率f4输出到频率混合器165。
频率调制器161从信号合波器27取得第1频率f1和第2频率f2的双方。
频率调制器161以第1频率f1对从光源11输出的激光的光频率f0进行调制，将频率调制后的激光作为第1激光输出到脉冲调制器33。第1激光的光频率是f0+f1。
频率调制器161以第2频率f2对从光源11输出的激光的光频率f0进行调制，将频率调制后的激光作为第2激光输出到脉冲调制器33。第2激光的光频率是f0+f2。
光频率是f0+f1的第1激光具有包含在气体的吸收波段中的第1波长，光频率是f0+f2的第2激光具有不包含在气体的吸收波段中的第2波长。
脉冲调制器33、光放大器34、光环形器35及光天线36的动作本身与实施方式1相同，因此省略详细的说明。
在图19所示的激光雷达装置1中，从光天线36同时向空间辐射第1激光和第2激光。
光天线36接收由散射体散射后的第1激光和由散射体散射后的第2激光分别作为散射光。
光环形器35将由光天线36接收到的散射光输出到光合波器162。
光合波器162从光环形器35取得散射光，从光分配器31取得参照光。
光合波器162对散射光与参照光的干涉光进行检波。
例如，在激光雷达装置1移动或者气体和散射体移动的情况下，散射光受到多普勒频移，散射光的光频率f0+f1、f0+f2偏移。即，如果激光雷达装置1与散射体等正在相互接近，则散射光的光频率f0+f1、f0+f2例如提高频率Δfsft。从光分配器31输出的参照光的光频率是f0，因此，从光环形器35输出的光频率f0+f1+Δfsft的散射光与参照光的干涉光的光频率成为f1+Δfsft(＝f0+f1+Δfsft-f0)。此外，从光环形器35输出的光频率f0+f2+Δfsft的散射光与参照光的干涉光的光频率成为f2+Δfsft(＝f0+f2+Δfsft-f0)。
如果激光雷达装置1与散射体等正在相互远离，则散射光的光频率f0+f1、f0+f2例如降低频率Δfsft。从光分配器31输出的参照光的光频率是f0，因此，从光环形器35输出的光频率f0+f1-Δfsft的散射光与参照光的干涉光的光频率成为f1-Δfsft(＝f0+f1-Δfsft-f0)。此外，从光环形器35输出的光频率f0+f2-Δfsft的散射光与参照光的干涉光的光频率成为f2-Δfsft(＝f0+f2-Δfsft-f0)。
如果激光雷达装置1未移动且散射体等未移动，则散射光的光频率f0+f1、f0+f2不变化。Δfsft＝0。从光分配器31输出的参照光的光频率是f0，因此，从光环形器35输出的光频率f0+f1的散射光与参照光的干涉光的光频率成为f1(＝f0+f1-f0)。此外，从光环形器35输出的光频率f0+f2的散射光与参照光的干涉光的光频率成为f2(＝f0+f2-f0)。
因此，光合波器162在激光雷达装置1与散射体等正在相互接近时，将光频率f1+Δfsft的干涉光和光频率f2+Δfsft的干涉光输出到平衡检测器163。
光合波器162在激光雷达装置1与散射体等正在相互远离时，将光频率f1-Δfsft的干涉光和光频率f2-Δfsft的干涉光输出到平衡检测器163。
光合波器162在激光雷达装置1未移动且散射体等未移动时，将光频率f1的干涉光和光频率f2的干涉光输出到平衡检测器163。
平衡检测器163从光合波器162取得干涉光，将干涉光转换成电信号。
平衡检测器163将电信号输出到鉴频器164。
鉴频器164在从平衡检测器163取得了与光频率f2+Δfsft的干涉光相关的电信号、与光频率f2-Δfsft的干涉光相关的电信号、或者与光频率f2的干涉光相关的电信号时，将取得的电信号输出到频率混合器165。
鉴频器164在从平衡检测器163取得了与光频率f1+Δfsft的干涉光相关的电信号、与光频率f1-Δfsft的干涉光相关的电信号、或者与光频率f1的干涉光相关的电信号时，将取得的电信号输出到信号合波器166。
频率混合器165从第2频率振荡器22取得第4频率f4，从鉴频器164取得电信号。
如果从鉴频器164输出的电信号的频率是f2+Δfsft，则频率混合器165使用第4频率f4，将电信号的频率下变频为f2-f4+Δfsft。
如果从鉴频器164输出的电信号的频率是f2-Δfsft，则频率混合器165使用第4频率f4，将电信号的频率下变频为f2-f4-Δfsft。
如果从鉴频器164输出的电信号的频率是f2，则频率混合器165使用第4频率f4，将电信号的频率下变频为f2-f4。
频率混合器165将下变频后的电信号输出到信号合波器166。
信号合波器166从鉴频器164取得电信号，从频率混合器165取得电信号。
信号合波器166对2个电信号进行合波，将合波后的电信号输出到A/D转换器167。
即，在从鉴频器164输出了与光频率f2+Δfsft的干涉光相关的电信号并从频率混合器165输出了光频率f2-f4+Δfsft的电信号时，信号合波器166对这些电信号进行合波。信号合波器166将包含频率f2+Δfsft、f2-f4+Δfsft的电信号作为合波后的电信号输出到A/D转换器167。
信号合波器166在从鉴频器164输出了与光频率f2-Δfsft的干涉光相关的电信号并从频率混合器165输出了光频率f2-f4-Δfsft的电信号时，对这些电信号进行合波。信号合波器166将包含频率f2-Δfsft、f2-f4-Δfsft的电信号作为合波后的电信号输出到A/D转换器167。
信号合波器166在从鉴频器164输出了与光频率f2的干涉光相关的电信号并从频率混合器165输出了频率f2-f4的电信号时，对这些电信号进行合波。信号合波器166将包含频率f2、f2-f4的电信号作为合波后的电信号输出到A/D转换器167。
A/D转换器167从信号合波器166取得电信号。
A/D转换器167将模拟的电信号转换成数字信号，将数字信号输出到密度计算部16的频率解析部51。
密度计算部16的频率解析部51从A/D转换器167取得数字信号。
频率解析部51按照每个规定的时间门，对数字信号进行高速傅里叶变换，由此，将数字信号转换成频域的信号。
频率解析部51将关于与各个时间门对应的距离范围的频域的信号输出到频谱强度计算部52。
图20是示出向频率解析部51提供的数字信号与对应于各个时间门的距离范围之间的关系的说明图。
在图20中，示出与距离范围(1)、距离范围(2)、距离范围(3)、距离范围(4)、···相关的数字信号。
频谱强度计算部52从频率解析部51取得关于各个距离范围的频域的信号。
如果激光雷达装置1与散射体等正在相互接近，则频谱强度计算部52针对各个距离范围，检测频率f2+Δfsft的接收频谱和频率f2-f4+Δfsft的接收频谱。
如果激光雷达装置1与散射体等正在相互远离，则频谱强度计算部52针对各个距离范围，检测频率f2-Δfsft的接收频谱和频率f2-f4-Δfsft的接收频谱。
如果激光雷达装置1未移动且散射体等未移动，则频谱强度计算部52检测频率f2的接收频谱和频率f2-f4的接收频谱。
图21是示出关于各个距离范围的频域的信号和关于各个距离范围的接收频谱的说明图。
在图21中，分别示出关于距离范围(1)、距离范围(2)、距离范围(3)的频域的信号和接收频谱。
在图21中，分别示出激光雷达装置1与散射体等正在相互接近的情况下的频域的信号和接收频谱。
如果激光雷达装置1与散射体等正在相互接近，则频谱强度计算部52针对各个距离范围，计算频率f2+Δfsft的接收频谱的强度和频率f2-f4+Δfsft的接收频谱的强度。
计算接收频谱的强度的处理例如在非专利文献2中被公开。因此，省略计算接收频谱的强度的处理的详细内容，但能够根据频率f2+Δfsft的接收频谱的面积来计算该接收频谱的强度，能够根据频率f2-f4+Δfsft的接收频谱的面积来计算该接收频谱的强度。
图22是示出接收频谱的面积和2个接收频谱的频率差的说明图。
在图22中，施加了斜线的区域表示接收频谱的面积。
如果激光雷达装置1与散射体等正在相互远离，则频谱强度计算部52针对各个距离范围，计算频率f2-Δfsft的接收频谱的强度和频率f2-f4-Δfsft的接收频谱的强度。
在该情况下，也能够根据频率f2-Δfsft的接收频谱的面积来计算该接收频谱的强度，根据频率f2-f4-Δfsft的接收频谱的面积来计算该接收频谱的强度。
如果激光雷达装置1未移动且散射体等未移动，则频谱强度计算部52针对各个距离范围，计算频率f2的接收频谱的强度和频率f2-f4的接收频谱的强度。
在该情况下，也能够根据频率f2的接收频谱的面积来计算该接收频谱的强度，根据频率f2-f4的接收频谱的面积来计算该接收频谱的强度。
频谱强度计算部52将关于各个距离范围的接收频谱的强度输出到密度计算处理部53。
以下，将频率f2+Δfsft的接收频谱的强度、频率f2-Δfsft的接收频谱的强度及频率f2的接收频谱的强度分别称为“有效波长的接收强度”。“有效波长”是指包含在气体的吸收波段中的波长。
此外，将频率f2-f4+Δfsft的接收频谱的强度、频率f2-f4-Δfsft的接收频谱的强度及频率f2-f4的接收频谱的强度分别称为“无效波长的接收强度”。“无效波长”是指不包含在气体的吸收波段中的波长。
如图22所示，由频谱强度计算部52检测到的2个接收频谱的分布为高斯分布。
此外，如图22所示，2个接收频谱中的一方的接收频谱的标准偏差值为ΔfON，另一方的接收频谱的标准偏差值为ΔfOFF。
此时，如以下的式(3)所示，如果f2与(f2-f4)的频率差Δf(＝f4)为标准偏差值ΔfON的4倍与标准偏差值ΔfOFF的4倍之和以上，则能够以99.99％的精度计算2个接收频谱的强度。
Δf≧4×ΔfON+4×ΔfOFF(3)
例如，在标准偏差值ΔfON和标准偏差值ΔfOFF分别为1MHz的情况下，频率差Δf成为8MHz以上。
因此，在图19所示的激光雷达装置1中，频率输出部151分别输出使得频率差Δf满足式(3)的第1频率f1、第1频率f2及第4频率f4。
密度计算处理部53从频谱强度计算部52取得关于各个距离范围的接收频谱的强度。
密度计算处理部53根据关于各个距离范围的接收频谱的强度计算气体的密度。
即，密度计算处理部53将与激光雷达装置1相距距离z的位置处的有效波长的接收强度和无效波长的接收强度、以及与激光雷达装置1相距距离z+Δz的位置处的有效波长的接收强度和无效波长的接收强度代入到上述的式(2)中，由此计算气体的密度n(z)。
如果激光雷达装置1与散射体等正在相互接近，则将频率f2+Δfsft的接收频谱的强度用作有效波长的接收强度，将频率f2-f4+Δfsft的接收频谱的强度用作无效波长的接收强度。
如果激光雷达装置1与散射体等正在相互远离，则将频率f2-Δfsft的接收频谱的强度用作有效波长的接收强度，将频率f2-f4-Δfsft的接收频谱的强度用作无效波长的接收强度。
在气体静止的情况下，或者如果即便气体移动、气体与激光雷达装置1之间的距离也不变化，则将频率f2的接收频谱的强度用作有效波长的接收强度，将频率f2-f4的接收频谱的强度用作无效波长的接收强度。
在以上的实施方式4中，激光雷达装置1构成为：向气体所在的空间辐射第1激光和第2激光，该第1激光具有包含在观测对象气体的吸收波段中的波长，气体对该第2激光的吸收率比对第1激光的吸收率低。此外，激光雷达装置1具备：光源11，其输出激光；频率输出部151，其分别输出第1频率和第2频率；参照光输出部13，其将从光源11输出的激光作为参照光而输出；光发送部152，其通过以第1频率对从光源11输出的激光的光频率进行调制而生成第1激光，通过以第2频率对从光源11输出的激光的光频率进行调制而生成第2激光，向空间分别辐射第1激光和第2激光；以及光接收部153，其接收在由光发送部152辐射之后由浮游在空间中的散射体散射后的第1激光和由散射体散射后的第2激光分别作为散射光，对散射光与参照光的干涉光进行检波。因此，激光雷达装置1不具备2个光源就能够计算气体的密度。
实施方式5.
在实施方式5中，对如下激光雷达装置1进行说明：参照光输出部171除了具备光分配器31之外还具备频率调制器181。
图23是示出实施方式5的激光雷达装置1的结构图。在图23中，与图1及图19相同的标号表示相同或者相当的部分，因此省略说明。
图23所示的激光雷达装置1具备光源11、频率输出部151、参照光输出部171、光发送部152、光接收部172及密度计算部16。
在图23所示的激光雷达装置1中，频率输出部151的频率转换部28将第4频率f4输出到频率调制器181。
参照光输出部171具备光分配器31和频率调制器181。
参照光输出部171以从频率输出部151输出的第4频率f4调制从光源11输出的激光的光频率f0，将以第4频率f4调制后的激光作为参照光输出到光接收部172。
频率调制器181例如由使用声光元件的调制元件或者使用铌酸锂晶体的调制元件实现。
频率调制器181以从频率转换部28输出的第4频率f4对从光分配器31输出的激光的光频率f0进行调制。
频率调制器181将以第4频率f4调制后的激光作为参照光输出到光合波器182。该参照光的光频率是f0+f4。
光接收部172具备光环形器35、光天线36、光合波器182、平衡检测器183及A/D转换器184。
光接收部172接收在由光发送部152辐射之后由散射体散射后的第1激光和由散射体散射后的第2激光分别作为散射光，对散射光与参照光的干涉光进行检波。
光合波器182例如由分束器或者光纤型耦合器实现。
光合波器182对从光环形器35输出的散射光与从频率调制器181输出的参照光的干涉光进行检波。
光合波器182将干涉光输出到平衡检测器183。
即，由于参照光的光频率是f0+f4，因此在激光雷达装置1与散射体等正在相互接近时，光合波器182将光频率f1-f4+Δfsft的干涉光和光频率f2-f4+Δfsft的干涉光输出到平衡检测器183。
在激光雷达装置1与散射体等正在相互远离时，光合波器182将光频率f1-f4-Δfsft的干涉光和光频率f2-f4-Δfsft的干涉光输出到平衡检测器183。
在激光雷达装置1未移动且散射体等未移动时，光合波器182将光频率f1-f4的干涉光和光频率f2-f4的干涉光输出到平衡检测器183。
平衡检测器183例如由使用2个光电二极管来减轻共模噪声这样的平衡接收器实现。
平衡检测器183将从光合波器182输出的干涉光转换成电信号。
平衡检测器183将电信号输出到A/D转换器184。
A/D转换器184将从平衡检测器183输出的模拟的电信号转换成数字信号。
A/D转换器184将数字信号输出到密度计算部16。
接着，对图23所示的激光雷达装置1进行说明。
光源11将激光输出到光分配器31。
频率输出部151的信号合波器27将第1频率f1和第2频率f2分别输出到频率调制器161。
频率输出部151的频率转换部28将第4频率f4输出到频率调制器181。
光分配器31在从光源11收到激光时，以规定的比率对激光进行分配。
光分配器31将分配后的一方的激光输出到频率调制器161，将分配后的另一方的激光输出到频率调制器181。
频率调制器161、脉冲调制器33、光放大器34、光环形器35及光天线36的动作本身与实施方式4相同，因此省略详细的说明。
在图23所示的激光雷达装置1中，从光天线36同时向空间辐射第1激光和第2激光。
光天线36接收由散射体散射后的第1激光和由散射体散射后的第2激光分别作为散射光。
光环形器35将由光天线36接收到的散射光输出到光合波器182。
频率调制器181在从光分配器31收到激光时，以从频率转换部28输出的第4频率f4对激光的光频率f0进行调制。
频率调制器181将以第4频率f4调制后的激光作为参照光输出到光合波器182。该参照光的光频率是f0+f4。
光合波器182从光环形器35取得散射光，从频率调制器181取得参照光。
光合波器182对散射光与参照光的干涉光进行检波。
例如，在激光雷达装置1移动的情况下或者在气体和散射体移动的情况下，散射光受到多普勒频移，散射光的光频率f0+f1、f0+f2偏移。即，如果激光雷达装置1与散射体等正在相互接近，则散射光的光频率f0+f1、f0+f2例如提高频率Δfsft。由于从频率调制器181输出的参照光的光频率是f0+f4，因此，从光环形器35输出的光频率f0+f1+Δfsft的散射光与参照光的干涉光的光频率成为f1-f4+Δfsft(＝f0+f1+Δfsft-(f0+f4))。此外，从光环形器35输出的光频率f0+f2+Δfsft的散射光与参照光的干涉光的光频率成为f2-f4+Δfsft(＝f0+f2+Δfsft-(f0+f4))。
如果激光雷达装置1与散射体等正在相互远离，则散射光的光频率f0+f1、f0+f2例如降低频率Δfsft。由于从频率调制器181输出的参照光的光频率是f0+f4，因此，从光环形器35输出的光频率f0+f1-Δfsft的散射光与参照光的干涉光的光频率成为f1-f4-Δfsft(＝f0+f1-Δfsft-(f0+f4))。此外，从光环形器35输出的光频率f0+f2-Δfsft的散射光与参照光的干涉光的光频率成为f2-f4-Δfsft(＝f0+f2-Δfsft-(f0+f4))。
如果激光雷达装置1未移动且散射体等未移动，则散射光的光频率f0+f1、f0+f2不变化。Δfsft＝0。由于从频率调制器181输出的参照光的光频率是f0+f4，因此，从光环形器35输出的光频率f0+f1的散射光与参照光的干涉光的光频率成为f1-f4(＝f0+f1-(f0+f4))。此外，从光环形器35输出的光频率f0+f2的散射光与参照光的干涉光的光频率成为f2-f4(＝f0+f2-(f0+f4))。
因此，如果激光雷达装置1与散射体等正在相互接近，则光合波器182将光频率f1-f4+Δfsft的干涉光和光频率f2-f4+Δfsft的干涉光输出到平衡检测器183。
如果激光雷达装置1与散射体等正在相互远离，则光合波器182将光频率f1-f4-Δfsft的干涉光和光频率f2-f4-Δfsft的干涉光输出到平衡检测器183。
如果激光雷达装置1未移动且散射体等未移动，则光合波器142将光频率f1-f4的干涉光和光频率f2-f4的干涉光输出到平衡检测器183。
平衡检测器183从光合波器182取得干涉光，将干涉光转换成电信号。
平衡检测器183将电信号输出到A/D转换器184。
A/D转换器184从平衡检测器183取得电信号。
A/D转换器184将模拟的电信号转换成数字信号，将数字信号输出到密度计算部16。
密度计算部16在从A/D转换器184收到数字信号时，计算气体的密度。
即，如果激光雷达装置1与散射体等正在相互接近，则密度计算部16将频率f1-f4+Δfsft的接收频谱的强度和频率f2-f4+Δfsft的接收频谱的强度代入到式(2)中，由此计算气体的密度。
如果激光雷达装置1与散射体等正在相互远离，则密度计算部16将频率f1-f4-Δfsft的接收频谱的强度和频率f2-f4-Δfsft的接收频谱的强度代入到式(2)中，由此计算气体的密度。
如果激光雷达装置1未移动且散射体等未移动，则密度计算部16将频率f1-f4的接收频谱的强度和频率f2-f4的接收频谱的强度代入到式(2)中，由此计算气体的密度。
在图23所示的激光雷达装置1中，也与图19所示的激光雷达装置1同样，不具备2个光源就能够计算气体的密度。
在图23所示的激光雷达装置1中，不需要鉴频器164、频率混合器165及信号合波器166。
另外，本公开能够进行各实施方式的自由的组合或各实施方式的任意的结构要素的变形，或者在各实施方式中能够省略任意的结构要素。
产业上的可利用性
本公开适用于激光雷达装置。
附图标记说明
1激光雷达装置，11光源，12频率输出部，13参照光输出部，14光发送部，15光接收部，16密度计算部，21第1频率振荡器，22、22’第2频率振荡器，23、23’频率混合器，24频率转换部，25第3频率振荡器，26频率混合器，27信号合波器，28频率转换部，31光分配器，32频率调制器，33脉冲调制器，34光放大器，35光环形器，36光天线，37光合波器，38平衡检测器，39鉴频器，40频率混合器，41信号合波器，42A/D转换器，51频率解析部，52频谱强度计算部，53密度计算处理部，61频率解析电路，62频谱强度计算电路，63密度计算处理电路，71存储器，72处理器，81频率输出部，82光发送部，83光接收部，84温度计算部，91频率调制器，92光合波器，93平衡检测器，94鉴频器，95信号合波器，96A/D转换器，101频率解析部，102频谱强度计算部，103温度计算处理部，111频率解析电路，112频谱强度计算电路，113温度计算处理电路，121存储器，122处理器，131参照光输出部，132光接收部，141频率调制器，142光合波器，143平衡检测器，144A/D转换器，151频率输出部，152光发送部，153光接收部，161频率调制器，162光合波器，163平衡检测器，164鉴频器，165频率混合器，166信号合波器，167A/D转换器，171参照光输出部，172光接收部，181频率调制器，182光合波器，183平衡检测器，184A/D转换器。

Claims (14)

1.一种激光雷达装置，其将第1激光和第2激光辐射到作为观测对象的气体所在的空间，所述第1激光具有包含在所述气体的吸收波段中的波长，所述气体对所述第2激光的吸收率比对所述第1激光的吸收率低，其中，
所述激光雷达装置具备：
光源，其输出激光；
频率输出部，其输出第1频率或者与所述第1频率不同的第2频率；
参照光输出部，其将从所述光源输出的激光作为参照光而输出；
光发送部，其通过以所述第1频率对从所述光源输出的激光的光频率进行调制而生成所述第1激光，通过以所述第2频率对从所述光源输出的激光的光频率进行调制而生成所述第2激光，向所述空间分别辐射所述第1激光和所述第2激光；以及
光接收部，其接收在由所述光发送部辐射之后由浮游在所述空间中的散射体散射后的第1激光或者由所述散射体散射后的第2激光作为散射光，对所述散射光与所述参照光的干涉光进行检波。
2.根据权利要求1所述的激光雷达装置，其特征在于，
所述激光雷达装置具备密度计算部，该密度计算部对由所述光接收部检波出的干涉光的光频率进行解析，根据所述光频率的解析结果计算所述气体的密度。
3.根据权利要求2所述的激光雷达装置，其特征在于，
所述频率输出部具备：
第1频率振荡器，其振荡所述第1频率；
第2频率振荡器，其振荡针对所述第1频率的相加对象频率；以及
频率混合器，其将由所述第1频率振荡器振荡出的第1频率、或者由所述第1频率振荡器振荡出的第1频率与由所述第2频率振荡器振荡出的频率的和频率即第2频率输出到所述光发送部。
4.根据权利要求3所述的激光雷达装置，其特征在于，
所述第2频率振荡器是能够变更所述相加对象频率的振荡器。
5.根据权利要求2所述的激光雷达装置，其特征在于，
所述频率输出部具备：
第1频率振荡器，其振荡所述第1频率；
频率转换部，其将由所述第1频率振荡器振荡出的第1频率转换成相加对象频率，输出所述相加对象的频率；以及
频率混合器，其将由所述第1频率振荡器振荡出的第1频率、或者由所述第1频率振荡器振荡出的第1频率与从所述频率转换部输出的频率的和频率即第2频率输出到所述光发送部。
6.根据权利要求3或5所述的激光雷达装置，其特征在于，
所述光接收部在接收到由所述散射体散射后的第1激光时，对接收到的第1激光与所述参照光的干涉光进行检波，将该干涉光输出到所述密度计算部，
所述光接收部在接收到由所述散射体散射后的第2激光时，对接收到的第2激光与所述参照光的干涉光进行检波，使用所述相加对象频率，对接收到的第2激光与所述参照光的干涉光的光频率进行下变频，将下变频后的干涉光输出到所述密度计算部。
7.根据权利要求1所述的激光雷达装置，其特征在于，
所述频率输出部将所述第1频率、所述第2频率、或者与所述第1频率及所述第2频率分别不同的第3频率输出到所述光发送部，
如果从所述频率输出部输出所述第3频率，则所述光发送部以所述第3频率对从所述光源输出的激光的光频率进行调制，将以所述第3频率调制后的激光作为第3激光辐射到所述空间，所述第3激光具有包含在所述吸收波段中的波长且所述气体对所述第3激光的吸收率与所述第1激光不同，
所述光接收部接收在由所述光发送部辐射之后由所述散射体散射后的第1激光、由所述散射体散射后的第2激光、或者由所述散射体散射后的第3激光作为散射光，对所述散射光与所述参照光的干涉光进行检波。
8.根据权利要求7所述的激光雷达装置，其特征在于，
所述激光雷达装置具备温度计算部，该温度计算部对由所述光接收部检波出的干涉光的光频率进行解析，根据所述光频率的解析结果计算所述气体的温度。
9.根据权利要求3或5所述的激光雷达装置，其特征在于，
如果从所述频率输出部向所述光发送部输出所述第1频率，则所述参照光输出部将从所述光源输出的激光作为参照光输出到所述光接收部，如果从所述频率输出部向所述光发送部输出所述第2频率，则所述参照光输出部以所述相加对象频率对从所述光源输出的激光的光频率进行调制，将以所述相加对象频率进行调制后的激光作为参照光输出到所述光接收部。
10.根据权利要求1所述的激光雷达装置，其特征在于，
所述频率输出部具备：
第1频率振荡器，其振荡所述第1频率；
第2频率振荡器，其断续地振荡所述第2频率，将所述第2频率断续地输出到所述光发送部；以及
频率混合器，如果未从所述第2频率振荡器输出所述第2频率，则该频率混合器将由所述第1频率振荡器振荡出的第1频率输出到所述参照光输出部，如果从所述第2频率振荡器输出所述第2频率，则该频率混合器将所述第1频率与所述第2频率的和频率输出到所述参照光输出部，
如果未从所述第2频率振荡器输出所述第2频率，则所述光发送部不以所述第1频率对从所述光源输出的激光的光频率进行调制，将该激光作为所述第1激光，如果从所述第2频率振荡器输出所述第2频率，则所述光发送部通过以所述第2频率对从所述光源输出的激光的光频率进行调制而生成所述第2激光，
如果从所述频率混合器输出所述第1频率，则所述参照光输出部以所述第1频率对从所述光源输出的激光的光频率进行调制，将以所述第1频率进行调制后的激光作为参照光输出到所述光接收部，如果从所述频率混合器输出所述和频率，则所述参照光输出部以所述和频率对从所述光源输出的激光的光频率进行调制，将以所述和频率进行调制后的激光作为参照光输出到所述光接收部。
11.一种激光雷达装置，其将第1激光和第2激光辐射到作为观测对象的气体所在的空间，所述第1激光具有包含在所述气体的吸收波段中的波长，所述气体对所述第2激光的吸收率比对所述第1激光的吸收率低，其中，
所述激光雷达装置具备：
光源，其输出激光；
频率输出部，其分别输出第1频率和第2频率；
参照光输出部，其将从所述光源输出的激光作为参照光而输出；
光发送部，其通过以所述第1频率对从所述光源输出的激光的光频率进行调制而生成所述第1激光，通过以所述第2频率对从所述光源输出的激光的光频率进行调制而生成所述第2激光，向所述空间分别辐射所述第1激光和所述第2激光；以及
光接收部，其接收在由所述光发送部辐射之后由浮游在所述空间中的散射体散射后的第1激光和由所述散射体散射后的第2激光分别作为散射光，对所述散射光与所述参照光的干涉光进行检波。
12.根据权利要求11所述的激光雷达装置，其特征在于，
所述激光雷达装置具备密度计算部，该密度计算部对由所述光接收部检波出的干涉光的光频率进行解析，根据所述光频率的解析结果计算所述气体的密度。
13.根据权利要求12所述的激光雷达装置，其特征在于，
所述光接收部对由所述散射体散射后的第1激光与所述参照光的干涉光进行检波，将由所述散射体散射后的第1激光与所述参照光的干涉光输出到所述密度计算部，
所述光接收部对由所述散射体散射后的第2激光与所述参照光的干涉光进行检波，使用与所述第1频率及所述第2频率分别不同的第4频率，对由所述散射体散射后的第2激光与所述参照光的干涉光的光频率进行下变频，将下变频后的干涉光输出到所述密度计算部。
14.根据权利要求11所述的激光雷达装置，其特征在于，
所述参照光输出部以与所述第1频率及所述第2频率分别不同的第4频率对从所述光源输出的激光的光频率进行调制，将以所述第4频率进行调制后的激光作为参照光输出到所述光接收部。
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