[发明专利]激光雷达装置

说明书

技术领域

本发明涉及例如远程计测气象空间中的风向风速的激光雷达装置。

背景技术

在专利文献1中公开了一种激光雷达装置，该激光雷达装置沿着扫描光轴发送脉冲状的发送光，对基于该发送光的接收光中包含的多普勒频率光信号进行分析，并计测扫描光轴的方位上的风速等。该激光雷达装置具有分析电路，该分析电路将多普勒频率光信号转换为多普勒频率电信号，并对该多普勒频率电信号进行分析。

并且，在计测风向风速的激光雷达装置中，为了将发送光形成为脉冲，在发送器内使用光强度调制单元。但是，在该光强度调制单元中使用的声光调制器(AO(Acousto Optic)调制器)中，产生因调制用的超声波信号混响(reverberation)引起的载波泄漏光(carrier leak light)。并且，该载波泄漏光在光外差接收机中诱发不需要的差拍信号(beat signal)。

该不需要的差拍信号在频域中与想要计测的多普勒信号重叠在一起，因而存在不能正确估计多普勒频率的问题。

作为其对策，在专利文献1中，在光强度调制单元的输入端的前级设置光循环器(optical circulator)，在光强度调制单元的输出端的后级设置全反射镜。由此，能够在光强度调制单元中往复传播，减少脉冲截止期间的载波泄漏光。

在先技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2007－85756号公报

发明内容

发明要解决的问题

在现有的计测风向风速的激光雷达装置中，为了减少脉冲截止期间的载波泄漏光，需要用于使光在光强度调制单元中往复传播的光循环器和全反射镜。因此，部件数目增加，并且光轴调整数目也增加，其结果是，在成本降低和可靠性方面存在问题。

另外，当使光在光强度调制单元中往复传播时，插入损耗(insertion loss)增加。因此，需要增强前级的基准光源的功率或者增加后级的光放大器的增益等对策，以便补偿该插入损耗。因此，在功耗降低和成本降低方面存在问题。

另外，在现有的计测风向风速的激光雷达装置中，为了检测沿着扫描光轴的方位上的风速的正负(迎风和背风)，需要在脉冲导通期间对发送光附加偏置频率。因此，光强度调制单元使用具有频移功能的AO调制器。

该AO调制器对在玻璃基板和/或声光晶体的端面安装的压电元件等转换器施加高频电压，由此在介质内激励并传播超声波。当介质内由于超声波而振动时，生成折射率存在疏密的周期构造，以超声波的速度进行传播。通过对介质的与转换器对置的端面在超声波吸收频带进行无反射终结(reflection-free termination)，使相位光栅好似以超声波的速度沿固定方向移动。

在光入射到AO调制器时，出射光不仅行进方向由于介质内产生的相位光栅处的布拉格衍射而变化，而且随着相位光栅的移动也受到多普勒频移。通过使施加给转换器的高频信号导通及截止而截取成脉冲光的同时，能够在脉冲导通期间中附加规定的频移。

使用光的波长λ、偏置频率f_ofs、以及超声波在声光元件内的行进速度v_a，利用下式示出声光元件的布拉格角θ。

作为典型的AO调制器的例子，在λ＝1.55[μm]、f_ofs＝80[MHz]、v_a＝3.63[mm/μs]的情况下，布拉格角θ为17[mrad]，大约相当于1度。

但是，在上述的激光雷达装置所使用的AO调制器中，布拉格衍射角小至1度以下。因此，为了以光学方式分离0次透射光和1次衍射光，至少需要约30[mm]以上的传播距离，不适合于小型化和集成化。

并且，为了使声光晶体的光轴和入射光及出射光的光轴与布拉格衍射角一致，需要精密地调节各6轴(平移位置、角度)，难以降低装配调节费用。

另外，布拉格角θ取决于光波长λ而变化。并且，为了降低因布拉格角变化而引起的输入输出端的光轴偏移(以及随之形成的插入损耗的增加)，需要将基准光源的中心波长控制为固定，这耗费成本。

本发明正是为了解决上述的问题而提出的，其目的在于，提供一种激光雷达装置，其通过不使用AO调制器地实施发送侧所需的频移和脉冲化，能够实现装置的小型化及集成化、以及部件数目减少带来的可靠性提高和成本降低。

用于解决问题的手段