[发明专利]CO2探测激光雷达中脉冲差频激光器稳频装置及方法

权利要求书

1.用于CO₂探测激光雷达中脉冲差频激光器的稳频装置，其特征是，包括：

第一分光单元，用来将脉冲差频激光器的输出红外激光分成第一激光束和第二激光束，第一激光束进入波长粗定标单元，第二激光束经聚焦单元后通过自由光路进入第二分光装置；

波长粗定标单元，用来对第一激光束进行定标以获取脉冲差频激光器的输出红外激光波长真实值；

第二分光单元，用来将第二激光束分成第三激光束和第四激光束，第三激光束和第四激光束通过自由光路分别进入CO₂气体吸收池和N₂气体吸收池；

CO₂吸收谱获取单元，包括CO₂气体吸收池、N₂气体吸收池、红外探测器和信号采集单元，红外探测器用来探测CO₂气体吸收池和N₂气体吸收池出射的红外激光束，信号采集单元采集红外探测器的探测结果获得CO₂吸收谱；

计算单元，用来根据CO₂吸收谱获取单元获得的CO₂吸收谱和波长粗定标单元获得的输出红外激光波长真实值确定on波长，并通过控制脉冲差频激光器输出红外激光波长实现on波长的稳频。

2.如权利要求1所述的用于CO₂探测激光雷达中脉冲差频激光器的稳频装置，其特征是：

所述的自由光路为光纤光路，光纤光路的输入端和输出端均设有光纤准直器。

3.如权利要求2所述的用于CO₂探测激光雷达中脉冲差频激光器的稳频装置，其特征是：

所述的第二分光单元为设置在光纤光路中的光纤分光器。

4.用于CO₂探测激光雷达中脉冲差频激光器的稳频方法，其特征是，包括步骤：

步骤1，采用波长粗定标单元对脉冲差频激光器的输出红外激光进行粗定标，获得输出红外激光波长的真实值，拟合输出红外激光波长的真实值和标称值进行线性拟合获得真实值和标称值的线性拟合曲线；

步骤2，脉冲差频激光器根据设定的大步波长扫描范围以及真实值和标称值的线性拟合曲线进行大步长扫描，使得输出红外激光波长满足大步波长扫描范围，并通过调整大步波长扫描范围，获得具有单一吸收峰的CO₂吸收谱；所述的大步波长扫描范围包括起始波长、终止波长和波长间隔，起始波长和终止波长位于CO₂吸收峰位置理论值两侧；

步骤3，脉冲差频激光器根据设定的小步波长扫描范围以及真实值和标称值的线性拟合曲线进行小步长扫描，使得输出红外激光波长满足小步波长扫描范围，并获得小步波长扫描范围下的CO₂吸收谱，从而确定CO₂吸收峰位置实测值，即on波长；所述的小步波长扫描范围包括起始波长、终止波长和波长间隔，小步波长扫描范围的起始波长和终止波长分别同当前大步波长扫描范围的起始波长和终止波长；大步波长扫描范围的波长间隔和小步波长扫描范围的波长间隔均为经验值，且大步波长扫描范围的波长间隔大于小步波长扫描范围的波长间隔；

步骤4，当CO₂探测激光雷达信号采集的积分时间不大于5min情况下的on波长稳频包括：

执行步骤2～3多次确定on波长，以各on波长对应的光学厚度值构建样本x；固定on波长，以脉冲差频激光器连续输出的各输出波长对应的光学厚度值构建样本y，采用统计学的假设检验理论进行精度评定，若样本y精度低于样本x精度，则执行步骤1～2重新确定on波长；直至样本y精度不低于样本x精度。

5.如权利要求4所述的用于CO₂探测激光雷达中脉冲差频激光器的稳频方法，其特征是：

步骤1进一步包括子步骤：

1.1脉冲差频激光器根据设定的大步波长扫描范围进行大步长扫描，对输出红外激光采用基于CO₂气体吸收池的饱和吸收法获得大步波长扫描范围下的CO₂吸收谱；

1.2判断大步波长扫描范围下的CO₂吸收谱中吸收峰数量，若吸收峰数量大于1，则调整大步波长扫描范围的起始波长和终止波长，但仍要求起始波长和终止波长位于CO₂吸收峰位置两侧，重新执行步骤1，直至获得具有单一吸收峰的CO₂吸收谱。