一种紫外红外同步工作的双频测风激光雷达制造技术

本发明专利技术提供了一种紫外红外同步工作的双频测风激光雷达，通过时分复用和波分复用技术相结合，将出射的激光的频率分别锁定在F‑P干涉仪透过率曲线的上升沿和下降沿，形成鉴频用的双边缘。紫外激光和近红外激光由同一激光器出射，通过利用F‑P干涉仪的周期性结构，从而使得这两个波长的激光均可用于大气风场探测，其中紫外激光用于探测大气分子的瑞利散射信号，红外激光用于探测大气气溶胶的米散射信号。本发明专利技术提出的系统方案，简化了接收光路，提高了测风激光雷达的风场探测能力。

A Dual-Frequency Wind Lidar with Ultraviolet and Infrared Synchronization

【技术实现步骤摘要】
一种紫外红外同步工作的双频测风激光雷达
本专利技术涉及激光雷达，尤其涉及一种紫外红外同步工作的双频测风激光雷达。
技术介绍
测风激光雷达对提高长期天气预报的准确性、改进气候研究模型、提高军事环境预报等有重大意义。因此，大气风场的测量受到越来越多的关注，国际民航机构、世界气象组织、世界各国航空航天的研究机构等组织都正在积极地开展风场探测系统的研究与开发。多普勒测风激光雷达根据探测原理的不同可分为相干探测和直接探测。相干探测通过激光大气回波信号与本振激光相干的方式探测风速。直接探测则利用鉴频器将多普勒频移信息转化为能量的相对变化以探测大气风速。在基于边缘技术的直接探测测风激光雷达中，F-P干涉仪具有边缘陡峭，速度和灵敏度高以及针对不同探测目标和工作波长可优化设定等优点，是直接探测测风激光雷达中应用最广泛的鉴频器。目前，基于不同的测量波长对大气不同高度的风速进行探测都要使用两台单独的测风激光雷达，而测风激光雷达包括激光光源、激光发射系统、激光接收系统、鉴频器、探测器等，造价昂贵，体积大。如何利用单台激光雷达对不同高度风速同时测量以降低成本是亟待解决的问题。
技术实现思路
(一)要解决的技术问题鉴于上述问题，本专利技术提供了一种基于双频激光器，双通道F-P干涉仪腔，可同时实现不同高度风速探测的测风激光雷达，用以解决使用多台测风激光雷达的成本问题。(二)技术方案本专利技术提供了一种紫外红外同步工作的双频测风激光雷达，包括：种子激光器模块，用于输出第一波长的种子激光；所述第一波长为近红外波段；第一声光频移器，用于将种子激光进行移频输出第1激光；所述第1激光的中心频率小于种子激光的中心频率；第一倍频模块，用于对输入的第1激光进行二倍频和三倍频，输出第一倍频激光，所述第一倍频激光包含第1激光、第1二倍频激光和第1三倍频激光；第二声光频移器，用于将种子激光进行移频输出第2激光；所述第2激光的中心频率大于种子激光的中心频率；第二倍频模块，用于对输入的第2激光进行二倍频和三倍频，输出第二倍频激光，所述第二倍频激光包含第2激光、第2二倍频激光和第2三倍频激光；所述第1三倍频激光和第2三倍频激光为紫外波段；所述第一倍频模块输出的激光分为两束，一束作为信号光，另一束作为参考光；所述第二倍频模块输出的激光也分为两束，一束作为信号光，另一束作为参考光；扩束系统，用于将第一倍频激光和第二倍频激光中的信号光扩束后输出到大气；接收望远镜，用于接收大气回波信号；色分镜，用于接收大气回波信号和参考光，并将接收到的信号分为第一波长激光和第二波长激光分别输出；所述第一波长激光输入到第一F-P干涉仪，所述第二波长激光输入到第二F-P干涉仪；探测模块，用于检测第一F-P干涉仪和第二F-P干涉仪输出的信号；数据采集和处理模块，用于对探测模块输出的信号进行采集和分析处理；所述第1激光和第2激光的中心频率分别位于第一F-P干涉仪透过率曲线中的相邻干涉级透过率曲线的上升沿和下降沿；所述第一F-P干涉仪透过率曲线为第一F-P干涉仪的透过率与入射光频率的对应关系；所述第1三倍频激光和第2三倍频激光的中心频率分别位于第二F-P干涉仪透过率曲线中的相邻干涉级透过率曲线的上升沿和下降沿；所述第二F-P干涉仪透过率曲线为第二F-P干涉仪的透过率与入射光频率的对应关系。进一步的，还包括时分反射透射开关，所述时分反射透射开关包括旋转镜和旋转控制组件，所述旋转镜设置有透射区和反射区，所述透射区用于透射入射的光信号，所述反射区用于反射入射的光信号；所述第一倍频激光和第二倍频激光分别入射到旋转镜的透射区和反射区；所述扩束系统包括第一扩束镜；所述旋转控制组件用于控制旋转镜旋转以使第一倍频模块出射的激光和第二倍频模块输出的激光交替输出到第一扩束镜。可替换的，所示扩束系统包括第二扩束镜和第三扩束镜，所述第二扩束镜用于将第一倍频激光输出到大气中，所述第三扩束镜用于将第二倍频激光输出到大气中。进一步的，所述第1激光和第2激光的中心频率分别位于第一F-P干涉仪透过率曲线中的相邻干涉级透过率曲线的半腰处；所述第1三倍频激光和第2三倍频激光的中心频率分别位于第二F-P干涉仪透过率曲线中的相邻干涉级透过率曲线的上升沿和下降沿。进一步的，所述第二F-P干涉仪包括温度调节单元或气压调节单元，通过调节温度调节单元或气压调节单元使所述第1三倍频激光和第2三倍频激光分别位于第二F-P干涉仪透过率曲线中的相邻干涉级透过率曲线的上升沿和下降沿。进一步的，所述第一F-P干涉仪包括温度调节单元或气压调节单元，通过调节温度调节单元或气压调节单元使所述第1激光和第2激光分别位于第一F-P干涉仪透过率曲线中的相邻干涉级透过率曲线的上升沿和下降沿。进一步的，所述第1激光的中心频率比种子激光的中心频率大第一频率间隔；所述第2激光的中心频率比种子激光的中心频率小第二频率间隔。(三)有益效果从上述技术方案可以看出，本专利技术具有以下有益效果：本专利技术公开了一种紫外红外同步工作的双频测风激光雷达，采用推拉声光调制的方式产生两个相对于F-P干涉仪对称分布的脉冲信号；通过调整种子光的绝对频率，使出射的第1激光和第2激光分别位于第一F-P干涉仪相邻干涉级透过率半腰处；通过调节第二F-P干涉仪的气压调节单元/温度调节单元，使第1激光和第2激光对应的三倍频激光也处在第二F-P干涉仪相邻透过率的上升沿和下降沿处。采用本专利技术的系统，激光器同时输出两个波长的激光，利用单台激光雷达低成本地对低层和高层大气风速同时测量。本专利技术通过时分复用和波分复用技术相结合，将出射的激光的频率分别锁定在F-P干涉仪的上升沿和下降沿，形成鉴频用的双边缘。紫外激光和近红外激光由同一激光器出射，通过利用F-P干涉仪的周期性结构，从而使得这两个波长的激光均可用于大气风场探测，其中紫外激光(355nm)用于探测大气分子的瑞利散射信号，红外激光(1064nm)用于探测大气气溶胶的米散射信号。本专利技术提出的系统方案，简化了接收光路，提高了测风激光雷达的风场探测能力。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和优点，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的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，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，还可以根据这些附图获得其它附图。图1是本专利技术实施例提供的一种紫外红外同步工作的双频测风激光雷达的结构框图；图2是本专利技术实施例提供的一种紫外红外同步工作的双频测风激光雷达的又一结构框图；图3是本专利技术实施例提供的一种紫外红外同步工作的双频测风激光雷达的旋转镜的示意图；图4a为1064nmFPI的透过率曲线图；图4b为1064nm信号即第1激光的光强图；图4c为出射的第1激光和第2激光的示意图；图4d为355nm激光激发的瑞利散射信号的光谱示意图；图4e为355nmFPI的透过率曲线图。【符号说明】31-反射区；32-透射区。具体实施方式为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本专利技术进一步详细说明。需要说明的是，在附图或说明书描述中，相似或相同的部分都使用相同的图号。附图中未绘示或描述的实现方式，为所属
中普通技术人员所知的形式。另外，虽然本文可提供包含特定本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种紫外红外同步工作的双频测风激光雷达，其特征在于，包括：种子激光器，用于输出第一波长的种子激光；所述第一波长为近红外波段；第一声光频移器，用于将种子激光进行移频输出第1激光；所述第1激光的中心频率小于种子激光的中心频率；第一倍频模块，用于对输入的第1激光进行二倍频和三倍频，输出第一倍频激光，所述第一倍频激光包含第1激光、第1二倍频激光和第1三倍频激光；第二声光频移器，用于将种子激光进行移频输出第2激光；所述第2激光的中心频率大于种子激光的中心频率；第二倍频模块，用于对输入的第2激光进行二倍频和三倍频，输出第二倍频激光，所述第二倍频激光包含第2激光、第2二倍频激光和第2三倍频激光；所述第1三倍频激光和第2三倍频激光为紫外波段；扩束系统，用于将第一倍频激光和第二倍频激光中的信号光扩束后输出到大气；接收望远镜，用于接收大气回波信号；色分镜，用于接收大气回波信号和第一倍频激光和第二倍频激光中的参考光，并将接收到的信号分为第一波长激光和第二波长激光分别输出；所述第一波长激光输入到第一F‑P干涉仪，所述第二波长激光输入到第二F‑P干涉仪；探测模块，用于检测第一F‑P干涉仪和第二F‑P干涉仪输出的信号；数据采集和处理模块，用于对探测模块输出的信号进行采集和分析处理。...

【技术特征摘要】
1.一种紫外红外同步工作的双频测风激光雷达，其特征在于，包括：种子激光器，用于输出第一波长的种子激光；所述第一波长为近红外波段；第一声光频移器，用于将种子激光进行移频输出第1激光；所述第1激光的中心频率小于种子激光的中心频率；第一倍频模块，用于对输入的第1激光进行二倍频和三倍频，输出第一倍频激光，所述第一倍频激光包含第1激光、第1二倍频激光和第1三倍频激光；第二声光频移器，用于将种子激光进行移频输出第2激光；所述第2激光的中心频率大于种子激光的中心频率；第二倍频模块，用于对输入的第2激光进行二倍频和三倍频，输出第二倍频激光，所述第二倍频激光包含第2激光、第2二倍频激光和第2三倍频激光；所述第1三倍频激光和第2三倍频激光为紫外波段；扩束系统，用于将第一倍频激光和第二倍频激光中的信号光扩束后输出到大气；接收望远镜，用于接收大气回波信号；色分镜，用于接收大气回波信号和第一倍频激光和第二倍频激光中的参考光，并将接收到的信号分为第一波长激光和第二波长激光分别输出；所述第一波长激光输入到第一F-P干涉仪，所述第二波长激光输入到第二F-P干涉仪；探测模块，用于检测第一F-P干涉仪和第二F-P干涉仪输出的信号；数据采集和处理模块，用于对探测模块输出的信号进行采集和分析处理。2.根据权利要求1所述的紫外红外同步工作的双频测风激光雷达，其特征在于，还包括时分反射透射开关，所述时分反射透射开关包括旋转镜和旋转控制组件，所述旋转镜设置有透射区和反射区，所述透射区用于透射入射的光信号，所述反射区用于反射入射的光信号；所述第一倍频激光和第二倍频激光分别入射到旋转镜的透射区和反射区；所述扩束系统包括第一扩束镜；所述旋转控制组件用于控制旋转镜旋转以使第一倍频模块出射的第一倍频激光和第二倍频模块输出的第二倍频激光交替输出到第一扩束镜，从而使第一倍频激光和第二倍频激光以预定的频率交替输出。3.根据权利要求2所述的紫外红外同步工作的双频测风激光雷达，其特征在于，所述扩束系统包括第二扩束镜和第三扩束镜，所述第二扩束镜用于将第一倍频激光输出到大气中，所述第三扩束镜用于将第二倍频激光输出到大气中。4.根据权利要求1所述的紫外红外同步工作的双...

【专利技术属性】
技术研发人员：薛向辉，上官明佳，岳斌，夏海云，窦贤康，
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