[发明专利]基于单厚度空气隙法柏干涉仪的双边缘测风激光雷达的鉴频系统及该鉴频系统实现鉴频方法

权利要求书

1.基于单厚度空气隙法柏干涉仪的双边缘测风激光雷达的鉴频系统，其特征在于，该系统包括多模光纤(1)、一号扩束镜(2)、一号偏振分棱镜(3)、一号全反射镜(4)、一号分束镜(5)、一号聚焦透镜(6)、一号光电倍增管(7)、二号分束镜(8)、二号聚焦透镜(9)、二号光电倍增管(10)、二号扩束镜(11)、二号全反射镜(12)、二号偏振分光棱镜(13)、单厚度空气隙法柏干涉仪(14)、三号偏振分光棱镜(15)、三号聚焦透镜(16)、三号光电倍增管(17)、四号聚焦透镜(18)和四号光电倍增管(19)；

所述多模光纤(1)导入的激光束入射到一号扩束镜(2)，经扩束后的激光束经一号偏振分光棱镜(3)分为P光束和S光束，P光束经一号全反射镜(4)反射至一号分束镜(5)，经一号分束镜(5)反射的P光束经一号聚焦透镜(6)汇聚并入射到一号光电倍增管(7)的光接收端，经一号分束镜(5)透射的P光束入射至二号偏振分光棱镜(13)；

经一号偏振分光棱镜(3)分出的S光束经二号分束镜(8)反射的S光束经二号聚焦透镜(9)汇聚并入射到二号光电倍增管(10)的光接收端，经二号分束镜(8)透射的S光束经二号扩束镜(11)扩束后入射至二号全反射镜(12)，经二号全反射镜(12)反射的S光束入射至二号偏振分光棱镜(13)；

经二号偏振分光棱镜(13)透射的P光束与反射的S光束合束后经单厚度空气隙法柏干涉仪(14)干涉后的光束入射到三号偏振分光棱镜(15)，经三号偏振分光棱镜(15)分出的P光束经三号聚焦透镜(16)汇聚并入射至三号光电倍增管(17)的光接收端，经三号偏振分光棱镜(15)分出的S光经三号聚焦透镜(18)汇聚并入射至四号光电倍增管(19)的光接收端。

2.根据权利要求1所述的基于单厚度空气隙法柏干涉仪的双边缘测风激光雷达的鉴频系统，其特征在于，所述一号分束镜(5)和二号分束镜(8)的反射率均为20％。

3.权利要求1所述的基于单厚度空气隙法柏干涉仪的双边缘测风激光雷达的鉴频系统实现鉴频的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

步骤一、利用多模光纤(1)将大气回波光束或雷达射出的激光束导入基于单厚度法柏干涉仪的双边缘测风激光雷达的鉴频系统；

步骤二、一号光电倍增管(7)对经一号偏振分光棱镜(3)获得的P光束进行能量检测，获得此时P光信号的信号值S1，

同时二号光电倍增管(10)对经一号偏振分光棱镜(3)获得的S光束进行能量检测，获得此时S光信号的信号值S2；

步骤三、调节一号全反射镜(4)使入射一号全反射镜(4)的P光束经一号分束镜(5)和二号偏振分光棱镜(13)垂直入射至单厚度法柏干涉仪(14)；

调节二号全反射镜(12)使入射二号全反射镜(12)的S光束经二号偏振分光棱镜(13)以1.31mrad入射至单厚度法柏干涉仪(14)；

步骤四、三号光电倍增管(17)对经三号偏振分光棱镜(15)后的P光束进行能量检测，获得经单厚度法柏干涉仪(14)干涉后的P光信号的信号值S3；

同时四号光电倍增管(19)对经三号偏振分光棱镜(15)后的S光束进行能量检测，获得经单厚度法柏干涉仪(14)干涉后的S光信号的信号值S4；

步骤五、利用步骤四获得的P光束的信号值S3与步骤二获得P光束的信号值S1，通过公式：T1=a1S3(1-a1)S1---(1)]]>

获得垂直入射单厚度法柏干涉仪(14)的光束的透过率T₁，式中，a₁为一号分束镜的反射率；

同时，利用步骤四获得的S光束的信号值S4与步骤二获得S光束的信号值S2，通过公式：T2=a2S4(1-a2)S2---(2)]]>

获得斜射入单厚度法柏干涉仪(14)的光束的透过率T₂，式中，a₂为二号分束镜的反射率；

步骤六、绘制入射法柏干涉仪的P光和S光的透过率与频移性能曲线，利用压电陶瓷调节单厚度法柏干涉仪的厚度进而整体移动入射法柏干涉仪的峰值透过率的位置，令入射系统的激光的频率与入射法柏干涉仪的P光和S光的透过率与频移性能曲线的交点频率相等，实现测风激光雷达的鉴频系统的工作点的锁定；

步骤七、通过步骤五检测获得的S光束透过率T₁和P光束透过率T₂，以步骤六锁定的工作点为参照点，检测入射系统的的激光束的频率移动量，实现对大气回波光束或雷达射出的激光束的鉴频。

4.根据利要求3所述的基于单厚度空气隙法柏干涉仪的双边缘测风激光雷达的鉴频系统实现鉴频的方法，其特征在于，步骤七所述的通过步骤五检测获得的S光束透过率T₁和P光束透过率T₂，以步骤六锁定的工作点为参照点，检测入射系统的大气回波光束或雷达射出的激光束的频率移动量，实现对大气回波光束或雷达射出的激光束的鉴频通过公式：Δv=T(v+Δv)-T(v)2β(v)---(3)]]>

获得，其中，T(v)＝T₁(v)+T₂(v)，T(v)为入射单厚度空气隙法柏干涉仪的P光束与S光束的在工作点频率v时对应光束的透过率，T₁(v)为入射单厚度空气隙法柏干涉仪的P光束在工作点频率v时对应光束的透过率，T₂(v)为为入射单厚度空气隙法柏干涉仪的S光束在工作点频率v时对应光束的透过率，

其中，T(v+Δv)＝T₁(v+Δv)+T₂(v+Δv)，T(v+Δv)为入射单厚度空气隙法柏干涉仪的P光束与S光束的频率移量为Δv时对应光束的的透过率值，T₁(v+Δv)为入射单厚度空气隙法柏干涉仪的P光束的频率移量为Δv时对应光束的的透过率值，T₂(v+Δv)为入射单厚度空气隙法柏干涉仪的S光束的频率移量为Δv时对应光束的的透过率值，β(v)为入射单厚度空气隙法柏干涉仪的光束的透过率与频移性能曲线边缘的斜率，Δv为光束的频移量。