一种滤光器、多普勒测风激光雷达以及风场测量方法技术

本发明专利技术公开了一种滤光器、多普勒测风激光雷达以及风场测量方法，该滤光器包括：同光轴设置的干涉滤光片、第一F‑P标准具以及第二F‑P标准具；所述第一F‑P标准具的带宽与所述第二F‑P标准具的带宽均小于所述干涉滤光片的带宽，且所述第一F‑P标准具的带宽与所述第二F‑P标准具的带宽不相等。可见，所述滤光器具有两个F‑P标准具，两个F‑P标准具结合干涉滤光片形成的滤光器具有较小的带宽，用于直接探测多普勒测风激光雷达白天观测背景光滤除，可以有效抑制白天背景光，结构稳定，性能优异。

【技术实现步骤摘要】
一种滤光器、多普勒测风激光雷达以及风场测量方法
本专利技术涉及光学元件
，更具体的说，涉及一种滤光器、多普勒测风激光雷达以及风场测量方法。
技术介绍
风速和风向是大气动力学研究中最重要的参数之一，而基于分子散射的直接探测多普勒测风激光雷达在中高层大气风场观测领域具有独到优势：时空分辨率高，探测精度高，探测范围广，能提供三维风场信息等，因此受到世界各国的普遍重视。多普勒测风激光雷达以其高分辨率，高精度，大探测范围，能提供三维风场信息的能力，在气候研究和天气预报方面有着重要的应用，引起世界多国的关注，并投入了大量的人力、物力进行研究。按照多普勒频率检测方式不同，多普勒测风激光雷达技术可分为相干探测技术和非相干探测(直接探测)技术。相干探测技术是利用气溶胶后向散射信号与发射激光本振进行拍频来反演多普勒频率，适用于探测风速不太大、距离较近的大气风场；直接探测技术是将大气气溶胶或分子后向散射信号的频率变化转换成相对强度的变化或干涉条纹的移动来反演多普勒频率，前者被称为边缘技术，后者称为条纹成像技术。直接探测技术主要用于高空或较大风速的测量。目前，绝大多数直接探测多普勒测风激光雷达系统仅限于夜间观测。这是由于在白天观测过程中，背景噪声(主要是太阳光)的强度很高，导致探测信噪比很低，从而影响了测量高度和精度。要实现直接探测多普勒测风激光雷达的白天观测，必须要发展白天背景光抑制技术。通常的做法是在激光雷达的接收光路中增加窄带干涉滤光片，从而限制背景光进入光学接收机。目前，国内外能够生产中心波长为355nm的干涉滤光片的带宽大都在1nm以上，少数定制的滤光片的带宽能够达到0.15nm，现有常用滤光片的带宽与激光器的带宽约0.084pm和多普勒鉴频器工作宽度2.14pm相比，宽50-100倍左右，因此仍然满足不了实际需要。
技术实现思路
为了解决上述问题，本专利技术技术方案提供了一种滤光器、多普勒测风激光雷达以及风场测量方法，所述滤光器具有较小的带宽，当该滤光器用于多普勒测风激光雷达时，可以有效克服白天背景噪声信号太强的问题，提高测量精度。为了实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：一种滤光器，所述滤光器包括：同光轴设置的干涉滤光片、第一F-P标准具以及第二F-P标准具；所述第一F-P标准具的带宽与所述第二F-P标准具的带宽均小于所述干涉滤光片的带宽；所述第一F-P标准具的带宽与所述第二F-P标准具的带宽不相等。优选的，在上述滤光器中，所述干涉滤光片的带宽小于0.5nm。优选的，在上述滤光器中，所述干涉滤光片的中心工作波长为354.7nm，带宽为0.15nm，峰值透过率大于70％。优选的，在上述滤光器中，所述干涉滤光片、所述第一F-P标准具以及所述第二F-P标准具在第一方向上依次排布；其中，所述第一方向平行于所述光轴，且为光线的入射方向，所述第一F-P标准具的带宽大于所述第二F-P标准具的带宽。优选的，在上述滤光器中，所述第一F-P标准具的中心波长与所述第二F-P标准具的中心波长均与所述干涉滤光片的中心波长相同。优选的，在上述滤光器中，所述第一F-P标准具的自由谱间距为120pm-170pm，包括端点值；其带宽为6pm-10pm，包括端点值；其有效精细度为16-20，包括端点值；其调谐宽度为4pm-10pm，包括端点值；所述第二F-P标准具的自由谱间距为10pm-50pm，包括端点值；其带宽为1pm-3pm，包括端点值；其有效精细度为14-18，包括端点值；其调谐宽度为4pm-10pm，包括端点值。优选的，在上述滤光器中，所述第一F-P标准具的自由谱间距为150pm，带宽为8.39pm，有效精细度为18，调谐宽度为4pm-10pm；所述第二F-P标准具的自由谱间距为33.58pm，带宽为2.1pm，有效精细度为16，调谐宽度为4pm-10pm。优选的，在上述滤光器中，其特征在于，所述第一F-P标准具与所述第二F-P标准具均为具有空气间隙的全固态结构；所述第一F-P标准具与所述第二F-P标准具均具有两个平行相对设置的基板，两个相对设置的基板之间具有所述空气间隙；所述基板为零膨胀的玻璃；所述第一F-P标准具的腔长与所述第二F-P标准具的腔长均固定。优选的，在上述滤光器中，所述滤光器的带宽小于2pm，截止深度大于7。本专利技术还提供了一种多普勒测风激光雷达，所述多普勒测风激光雷达包括：激光发射系统，所述激光发射系统用于发射检测激光；激光接收系统，所述激光接收系统用于获取所述检测激光经过大气后向散射的回波信号，进行滤光后，将所述回拨信号转换为电信号；所述数据处理装置用于基于所述电信号测量大气风场；其中，所述激光接收系统包括上述任一项所述的滤波器，通过所述滤波器进行滤光。本专利技术还提供了一种风场测量方法，所述风场测量方法包括：通过激光发射系统发射检测激光；通过激光接收系统获取所述检测激光经过大气后向散射的回波信号；通过所述光接收系统对所述回波信号进行滤光；通过所述光接收系统将滤光后的所述回波信号转换为电信号；通过数据处理装置对所述电信号进行数据处理，以测量大气风场；其中，所述激光接收系统包括如权利要求1-8任一项所述的滤波器，通过所述滤波器进行滤光。通过上述描述可知，本专利技术技术方案提供的滤光器包括：同光轴设置的干涉滤光片、第一F-P标准具以及第二F-P标准具；所述第一F-P标准具的带宽与所述第二F-P标准具的带宽均小于所述干涉滤光片的带宽，且所述第一F-P标准具的带宽与所述第二F-P标准具的带宽不相等。可见，所述滤光器具有两个F-P标准具，两个F-P标准具结合干涉滤光片形成的滤光器具有较小的带宽，用于直接探测多普勒测风激光雷达白天观测背景光滤除，可以有效抑制白天背景光，结构稳定，性能优异。附图说明为了更清楚地说明本专利技术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专利技术的实施例，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为本专利技术实施例提供的一种滤光器的结构示意图；图2为本专利技术实施例提供的一种干涉滤光片的透过率曲线示意图；图3为本专利技术实施例提供的一种宽带固态F-P标准具的透过率曲线示意图；图4为本专利技术实施例提供的一种窄带固态F-P标准具的透过率曲线示意图；图5为本专利技术实施例提供的一种宽带固态F-P标准具与窄带固态F-P标准具组合后的透过率曲线示意图；图6为本专利技术实施例提供的一种滤光器的透过率曲线示意图；图7为本专利技术实施例提供的一种多普勒测风激光雷达的结构示意图；图8为本专利技术实施例提供的一种风场测量方法的流程示意图。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术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专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，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，都属于本专利技术保护的范围。利用单个F-P标准具(法布里-珀罗标准具)结合超窄带干涉滤光片对白天背景光进行抑制的技术也曾被用于少数的激光雷达系统中，如Fe(铁)玻尔兹曼激光雷达对温度进行探测。F-P标准具由两块平行的玻璃平板或石英板组成，入射光垂直照射到本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种滤光器，其特征在于，所述滤光器包括：同光轴设置的干涉滤光片、第一F‑P标准具以及第二F‑P标准具；所述第一F‑P标准具的带宽与所述第二F‑P标准具的带宽均小于所述干涉滤光片的带宽；所述第一F‑P标准具的带宽与所述第二F‑P标准具的带宽不相等。

【技术特征摘要】
1.一种滤光器，其特征在于，所述滤光器包括：同光轴设置的干涉滤光片、第一F-P标准具以及第二F-P标准具；所述第一F-P标准具的带宽与所述第二F-P标准具的带宽均小于所述干涉滤光片的带宽；所述第一F-P标准具的带宽与所述第二F-P标准具的带宽不相等。2.根据权利要求1所述的滤光器，其特征在于，所述干涉滤光片的带宽小于0.5nm。3.根据权利要求2所述的滤光器，其特征在于，所述干涉滤光片的中心工作波长为354.7nm，带宽为0.15nm，峰值透过率大于70％。4.根据权利要求1所述的滤光器，其特征在于，所述干涉滤光片、所述第一F-P标准具以及所述第二F-P标准具在第一方向上依次排布；其中，所述第一方向平行于所述光轴，且为光线的入射方向，所述第一F-P标准具的带宽大于所述第二F-P标准具的带宽。5.根据权利要求1所述的滤光器，其特征在于，所述第一F-P标准具的中心波长与所述第二F-P标准具的中心波长均与所述干涉滤光片的中心波长相同。6.根据权利要求1所述的滤光器，其特征在于，所述第一F-P标准具的自由谱间距为120pm-170pm，包括端点值；其带宽为6pm-10pm，包括端点值；其有效精细度为16-20，包括端点值；其调谐宽度为4pm-10pm，包括端点值；所述第二F-P标准具的自由谱间距为10pm-50pm，包括端点值；其带宽为1pm-3pm，包括端点值；其有效精细度为14-18，包括端点值；其调谐宽度为4pm-10pm，包括端点值。7.根据权利要求6所述的滤光器，其特征在于，所述第一F-P标...

【专利技术属性】
技术研发人员：韩於利，刘恒嘉，孙东松，陈冲，郑俊，王元祖，储嘉齐，
申请(专利权)人：中国科学技术大学，
类型：发明
国别省市：安徽,34