本发明专利技术公开了一种迈克尔逊干涉型光谱滤波器谐振频率锁定装置及方法。本发明专利技术包括激光器分束系统、Michelson干涉型滤波器系统和光电探测系统；激光器分束系统包括激光器、准直扩束器、第一分光镜、第一反射镜、第二反射镜、第二分光镜、第三反射镜；Michelson干涉型滤波器系统包括立方分光棱镜、第四反射镜、第五反射镜；光电探测系统包括透镜、第一光电倍增管、第二光电倍增管、第三光电倍增管、差分放大器、示波器；具体步骤：1.计算两束探针光束的入射角；2.调节两束探针光束的入射角；3.查看示波器，判断锁频状态；本发明专利技术实现简单，能够避免传统锁频方法对电路和光路的复杂要求，从而具有较强的系统稳定性和鲁棒性。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于激光雷达
，特别是涉及一种迈克尔逊（Michelson）干涉型光谱滤波器谐振频率锁定装置及方法。
技术介绍
高光谱分辨率激光雷达由于采用了光谱滤波技术，解决了传统后向散射激光雷达需要诸多先验假设才能反演出大气参数的不足，因而提高了大气遥感的精度。在高光谱分辨率激光雷达中，光谱滤波器的使用是一个极为关键的技术。通过光谱滤波器的高光谱分辨能力，能将大气后向散射光谱中由大气气溶胶散射的成分和由大气分子散射的成分分离开来，这样就能得到大气后向散射谱的更多细节。结合相关的遥感原理即能更加准确的反演出大气后向散射系数、消光系数等大气光学属性。目前，碘分子吸收滤波器因对大气气溶胶散射信号的高过滤率，光谱吸收特性的高稳定性以及不依赖于和入射光的机械对齐等优点已被用在很多高光谱分辨率激光雷达中。但是由于此类滤波器的吸收峰值（吸收谐振峰）是由分子的自然吸收机理所决定的，不能任意改变其使用波段，故限制了激光雷达的光谱拓展。为了解决这个缺点，Michelson干涉型光谱滤波器越来越受到关注并逐步应用到激光雷达中。由于采用了光的干涉原理，Michelson干涉型光谱滤波器的谐振频率可以设置在任何感兴趣的激光波长，极大的拓宽了激光雷达的光谱应用领域。但是，Michelson干涉型光谱滤波器的谐振频率却远不如碘分子吸收滤波器那样稳定。温度、外部应力等都会造成谐振频率的漂移。怎样将Michelson干涉型光谱滤波器谐振频率锁定在需要的激光中心频率是其用于高光谱分辨率激光雷达的一个重大技术问题。在已有报道的文献中，均采用了频率调制锁频的技术。该技术通过将用来锁频的激光光束通过电光调制器或者声光调制器的调制后，产生对称分布于原始激光频率两侧的边带频率信号。该边带信号和原激光信号通过待锁定的干涉型光谱滤波器之后，会在光电探测器上得到幅度调制的电压信号。最后需要一个与驱动调制器的信号相同步的电压信号来解调该幅度调制信号，从而得到频率失锁时的误差信号。通过将该误差信号反馈到干涉型光谱滤波器的频率谐调设备，如压电传感器（PZT），就可以将失去锁定的滤波器重新谐调到所使用的激光频率。虽然该技术应用广泛，但是不足之处是所需要的设备十分复杂。例如至少需要两个电光频率调制器来达到比较好的调制效果；为了保持解调信号与调制器驱动信号的同步，往往需要锁相环电路；由于调制频率通常都在MHz量级，故探测器需要很高的频率响应才能探测到需要的光电信号。这些都增加了该技术的电路与光学器件的复杂程度。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了克服上述现有技术的不足，减少Michelson干涉型光谱滤波器谐振频率锁定的装置复杂性，提出了一种迈克尔逊干涉型光谱滤波器谐振频率锁定方法。本专利技术巧妙的利用了Michelson干涉型光谱滤波器谐振频率与入射激光的入射角的依赖关系，通过两束入射角相匹配的探针光束来对Michelson干涉滤波器谐振频率进行实时探测，一旦存在频率失锁定，则能产生误差信号并反馈给滤波器的频率谐调设备以将其重新谐调到频率锁定状态。由于不需要高频调制和同步解调，故极大降低了电路、光路的复杂程度。一种迈克尔逊干涉型光谱滤波器谐振频率锁定装置，包括激光器分束系统、Michelson干涉型滤波器系统和光电探测系统；激光器分束系统包括激光器、准直扩束器、第一分光镜、第一反射镜、第二反射镜、第二分光镜、第三反射镜；Michelson干涉型滤波器系统包括立方分光棱镜、第四反射镜、第五反射镜，其中第五反射镜和频率谐调设备机械连接实现谐振频率调整；光电探测系统包括透镜、第一光电倍增管、第二光电倍增管、第三光电倍增管、差分放大器、示波器；激光器发射的激光光束经准直扩束器被扩束为宽光束平行光；宽光束平行光经过第一分光镜分成两路，其中一路经过第一分光镜透射后直接射入待锁频的Michelson干涉滤波系统作为监测光束；另一路依次经过第一反射镜、第二反射镜后，再经第二分光镜分成两路，其中第一路经过第二分光镜透射后，再经第三反射镜反射以角度θ2进入待锁频的Michelson干涉滤波器系统作为探针光束；第二路经第二分光镜反射后直接以角度θ1进入待锁频的Michelson干涉滤波器系统作为探针光束；两路探针光束以及监测光束经过待锁频的Michelson干涉滤波器系统时，两路探针光束与监测光束均由Michelson干涉滤波器系统内的立方分光棱镜分成两路，一路经立方分光棱镜透射后再由第四反射镜反射回立方分光棱镜，并经立方分光棱镜反射进入透镜；另一路经立方分光棱镜反射后再由第五反射镜反射回立方分光棱镜，并经立方分光棱镜透射进入透镜；几路光束被透镜聚焦在其焦平面不同位置并分别发生干涉，且干涉信号分别被第一光电倍增管、第二光电倍增管、第三光电倍增管接收并转换成电信号；将第一光电倍增管、第二光电倍增管输出的电信号输入差分放大器，差分放大器的输出信号反馈给频率谐调设备；而第三光电倍增管的输出电信号输入示波器作为锁频状态监测信号。一种迈克尔逊干涉型光谱滤波器谐振频率锁定方法，包括如下步骤：步骤1.计算两束探针光束的入射角；步骤2.调节两束探针光束的入射角；步骤3.查看示波器，判断锁频状态；步骤1所述的两路探针光束的入射角包括θ1和θ2；θ1和θ2需满足如下匹配要求：θ1的选取需要使Michelson干涉滤波器对该角度入射的探针光束的光程差和0度角入射时的光程差之差ΔOPD(θ1)为(n1+1/4)λ0，即ΔOPD(θ1)＝(n1+1/4)λ0 (1)其中，λ0是激光器中心波长，n1是一个待选定的整数（推荐值为0～10）；ΔOPD(θ1)的计算方法与所用的Michelson干涉滤波器的结构参数有关；若Michelson干涉滤波器两干涉臂的长度分别为d1和d2，折射率分别为ρ1和ρ2，则ΔOPD(θ1)可按如下几个式子计算OPD(θ1)=2·abs[ρ1d1(1-sin2θ1ρ12)1/2-ρ2d2(1-sin2θ1ρ22)1/2]---(2a)]]>OPD(0)＝2·abs(ρ1d1-ρ2d2) (2b)ΔOPD(θ1)＝abs[OPD(θ1)-OPD(0)] (2c)其中，abs(·)表示取绝对值,OPD(θ1)表示以角度θ1入射时Michelson干涉滤波本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种迈克尔逊涉型光谱滤波器谐振频率锁定装置，其特征在于包
括激光器分束系统、Michelson干涉型滤波器系统和光电探测系统；
激光器分束系统包括激光器、准直扩束器、第一分光镜、第一反射
镜、第二反射镜、第二分光镜、第三反射镜；Michelson干涉型滤波器
系统包括立方分光棱镜、第四反射镜、第五反射镜，其中第五反射镜和
频率谐调设备机械连接实现谐振频率调整；光电探测系统包括透镜、第
一光电倍增管、第二光电倍增管、第三光电倍增管、差分放大器、示波
器；
激光器发射的激光光束经准直扩束系统被扩束为宽光束平行光；宽
光束平行光经过第一分光镜分成两路，其中一路经过第一分光镜透射后
直接射入待锁频的Michelson干涉滤波系统作为监测光束；另一路依次
经过第一反射镜、第二反射镜后，再经第二分光镜分成两路，其中第一
路经过第二分光镜透射后，再经第三反射镜反射以角度θ2进入待锁频的
Michelson干涉滤波器系统作为探针光束；第二路经第二分光镜反射后
直接以角度θ1进入待锁频的Michelson干涉滤波器系统作为探针光束；
两路探针光束以及监测光束经过待锁频的Michelson干涉滤波器系统
时，两路探针光束与监测光束均由Michelson干涉滤波器系统内的立方
分光棱镜分成两路，一路经立方分光棱镜透射后再由第四反射镜反射回
立方分光棱镜，并经立方分光棱镜反射进入透镜；另一路经立方分光棱
镜反射后再由第五反射镜反射回立方分光棱镜，并经立方分光棱镜透射
进入透镜；几路光束被透镜聚焦在其焦平面不同位置并分别发生干涉，
且干涉信号分别被第一光电倍增管、第二光电倍增管、第三光电倍增管
接收并转换成电信号；将第一光电倍增管、第二光电倍增管输出的电信
号输入差分放大器，差分放大器的输出信号反馈给频率谐调设备；而第
三光电倍增管的输出电信号输入示波器作为锁频状态监测信号。
2.使用如权利要求1所述的一种迈克尔逊干涉型光谱滤波器谐振频
率锁定装置的方法，其特征在于包括如下步骤：
步骤1.计算两束探针光束的入射角；
步骤2.调节两束探针光束的入射角；
步骤3.查看示波器，判断锁频状态；
步骤1所述的两路探针光束的入射角包括θ1和θ2；θ1和θ2需满足如
下匹配要求：
θ1的选取需要使Michelson干涉滤波器对该角度入射的探针光束的
光程差和0度角入射时的光程差之差ΔOPD(θ1)为(n1+1/4)λ0，即
ΔOPD(θ1)＝(n1+1/4)λ0 (1)
其中，λ0是激光器中心波长，n1是一个待选定的整数（推荐值为0～
10）；ΔOPD(θ1)的计算方法与所用的Michelson干涉滤波器的结构参数有
关；若Michelson干涉滤波器两干涉臂的长度分别为d1和d2，折射率
分别为ρ1和ρ2，则ΔOPD(θ1)可按如下几个式子计算
OPD(θ1)=2·abs[ρ1d1(1-sin2θ1ρ12)1/2-ρ2d2(1-sin2θ1&rh...
【专利技术属性】
技术研发人员：刘东，杨甬英，成中涛，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：
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