一种用于自由空间气体遥感的多波段光纤激光模块制造技术

本实用新型专利技术公开了一种用于自由空间气体遥感的多波段光纤激光模块，包括连续光模块、2N

【技术实现步骤摘要】
一种用于自由空间气体遥感的多波段光纤激光模块


[0001]本技术涉及激光
，尤其涉及一种用于自由空间气体遥感的多波段光纤激光模块。

技术介绍

[0002]基于激光雷达的自由空间气体遥感技术是精准测量大气痕量气体浓度，尤其是温室气体浓度的重要手段，对于实施碳中和等重大战略具有十分重要的意义。目前气体遥感激光雷达所采用的激光光源主要为固体中红外激光器并结合光参量振荡器(OPO)，结构复杂，稳定性较差且价格昂贵，而且一套激光光源只能测量一种气体浓度，要测量多种气体浓度，需要安装相应数量的激光雷达系统。
[0003]另外，气体遥感激光雷达通过采集大气粒子的后向散射信号进行探测，由于大气粒子的后向散射信号非常微弱，因而对激光光源的发射功率要求很高，而且微弱的后向散射信号还会导致采集的信噪比偏低，为信号有效提取带来了一系列问题，限制了激光雷达的探测性能。

技术实现思路

[0004]为了解决现有气体遥感激光雷达激光光源所存在的问题，本技术提出了一种用于气体遥感激光雷达的光纤激光模块。该激光模块包括2N个光纤连续激光器、2N个单光路开关模块、2N
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1型信号合束器、分束器、激光脉冲调制模块，其中N为大于等于1的整数。
[0005]2N个光纤连续激光器以两个为一组分为N组，每一组对应测量一种待测气体浓度，一共可以测量N种气体。一组中的两个光纤连续激光器的其中一个输出波长位于待测气体吸收线中心的激光(on波长激光)，另一个输出波长与on 波长靠近但是待测气体基本不吸收的激光(off波长激光)。2N个光纤连续激光器均依次与2N个单光路开关模块的输入光纤连接，2N个单光路开关模块的输出光纤依次与2N
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1型信号合束器的输入光纤连接。当测量第N种气体时，就选择该种气体对应的第N组激光器所连接的单光路开关模块，在所选择的两路单光路开关模块上分别施加具有相同频率和占空比的，但是相位相反的开关信号，使得当一路开关模块开启时，另一路开关模块处于关闭状态，从而所选择的两路连续激光在2N
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1型信号合束器的输出光纤处以时分复用的方式输出来完成该种气体的测量，剩余单光路开关模块在测量该种气体期间始终处于关闭状态。测量完成一种气体后，根据下一个待测气体选择激光的通路，并重复上述光路切换的过程完成气体浓度的测量，直到所有的待测气体全部被测量完毕。
[0006]2N
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1型信号合束器输出光纤与分束器连接，分束器将输入激光按一定比例分为两路，一路作为本振光直接输出到激光雷达系统，另一路作为信号光输出到激光脉冲调制模块中。激光脉冲调制模块将合束器输出的连续激光调制成为一定宽度的脉冲光信号。
[0007]激光调制模块输出脉冲光信号到光学放大模块中，光学放大模块对输入的脉冲光信号进行放大后输入到光纤环形器中。光纤环形器输出正向脉冲光信号到外部空间中，并
接收反向回波信号输出到激光雷达系统，光纤环形器这种分离反向信号的功能同时起到了隔离器的作用。
[0008]进一步的，所述光纤连续激光器的发射波长为0.9微米～2.5微米；所述光纤连续激光器输出的激光光谱线宽小于15kHz；所述激光脉冲调制模块输出的脉冲宽度为0.1纳秒
‑
2000纳秒。
[0009]进一步的，激光脉冲调制模块为声光调制器、电光调制器或磁光调制器，所述声光调制器还用于将输入的激光信号产生预设的频移。
[0010]进一步的，所述光纤环形器包括输入端、收发端和反向信号输出端，所述光纤环形器的输入端与光学放大模块连接；所述光纤环形器的反向信号输出端用于输出接收到的反向回波信号，光纤环形器可以同时起到隔离器的作用。
[0011]进一步的，所述光学放大模块输出的激光光谱线宽小于10MHz，所述光学放大模块输出的激光单脉冲能量为0.1微焦～2000微焦。
[0012]进一步的，所述光纤连续激光器为光纤激光器；所述光纤连续激光器、光开关、分束器、激光脉冲调制模块、光学放大模块和环形器之间均采用光纤连接。
[0013]综上所述，本专利技术提供了一种用于自由空间气体遥感的多波段光纤激光模块，包括：连续光模块、2N
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1型信号合束器、分束器、激光脉冲调制模块、光学放大模块和光纤环形器，其中，N为大于等于1的整数；
[0014]所述连续光模块包括2N个光纤连续激光器和2N个单光路开关模块，其中， 2N个光纤连续激光器以两个为一组分为N组，每一组的两个光纤连续激光器的其中一个用于输出预设的on波长激光，另一个用于输出预设的off波长激光；
[0015]2N个光纤连续激光器均依次与2N个单光路开关模块的输入光纤连接，2N 个单光路开关模块的输出光纤依次与2N
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1型信号合束器的输入光纤连接；
[0016]2N
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1型信号合束器输出光纤与分束器连接，分束器将输入激光按一定比例分为两路，一路作为本振光直接输出到激光雷达系统，另一路与激光脉冲调制模块连接；
[0017]激光脉冲调制模块用于将分束器输出的连续激光调制成为预定宽度的脉冲光信号；激光脉冲调制模块的输出端与光学放大模块的输入端连接；
[0018]光学放大模块的输出端与光纤环形器连接；
[0019]光纤环形器用于输出正向脉冲光信号，并输出接收到的反向回波信号。
[0020]本专利技术具有如下有益效果：
[0021]1、该激光模块为全光纤结构，无空间机械结构，具有优良的稳定性和散热性，而且大幅度减小了激光器的体积。
[0022]2、该激光模块通过选择切换相应波段连续光纤激光器即可实现多种气体的浓度探测，除连续光纤激光器和单光路开关模块之外的其他部件只需一套，相当于只用一套激光雷达系统就实现了多套传统激光雷达的探测效果，显著降低了系统成本和复杂度。
[0023]3、探测待测气体时，所有的连续激光器共享同一套激光脉冲调制模块、放大模块、电路系统和激光雷达系统，因而通过将on波长测量结果和off波长测量结果相除，就可以消除其他大气影响，只保留待测气体吸收的差异，从而得到更为精确的测量结果。
[0024]4、本技术在获得两路激光时分复用输出的同时，实现了在任意时刻只有一路激光输入到2N
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1型信号合束器中，将多路激光从时空上进行了分离，避免了不同通道之间
串扰所产生的底噪，大大增加了探测的精度和距离。
[0025]5、本技术在消除串扰影响的同时保留了多通道光开关快速切换光路的优点，激光模块输出的激光脉冲重复频率为kHz量级，那么雷达系统的信号采集周期要与激光脉冲重复频率匹配，为us量级，这就要求多路激光的切换时间<1us。通过开关连续激光器来切换光路的所需时间至少为ms量级，大于雷达系统的信号采集周期，而本技术的多路激光的切换时间为ns量级，快速的光路切换不影响雷达信号采集。
附图说明
[0026]为了更清楚本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于自由空间气体遥感的多波段光纤激光模块，其特征在于，包括：连续光模块、2N
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1型信号合束器、分束器、激光脉冲调制模块、光学放大模块和光纤环形器，其中，N为大于等于1的整数；所述连续光模块包括2N个光纤连续激光器和2N个单光路开关模块，其中，2N个光纤连续激光器以两个为一组分为N组，每一组的两个光纤连续激光器的其中一个用于输出预设的on波长激光，另一个用于输出预设的off波长激光；2N个光纤连续激光器均依次与2N个单光路开关模块的输入光纤连接，2N个单光路开关模块的输出光纤依次与2N
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1型信号合束器的输入光纤连接；2N
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1型信号合束器输出光纤与分束器连接，分束器将输入激光按一定比例分为两路，一路作为本振光直接输出到激光雷达系统，另一路与激光脉冲调制模块连接；激光脉冲调制模块用于将分束器输出的连续激光调制成为预定宽度的脉冲光信号；激光脉冲调制模块的输出端与光学放大模块的输入端连接；光学放大模块的输出端与光纤环形器连接；光纤环形器用于输出正向脉冲光信号，并输出接收到的反向回波信号。2.根据权利要求1所述的一种用于自由空间气体遥感的多波段光纤激光模块，其特征在于，所述光纤连续激光器的发射波长为0.9微米～2.5微米；所述光纤连续激光器输出的激光光谱线宽小于15kHz；所述激光脉冲...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈晨，蔡达，胡呈峰，王勇，兰根书，白香港，
申请(专利权)人：武汉镭晟科技有限公司，
类型：新型
国别省市：