[发明专利]基于非偏振分光棱镜的F‑P标准具瑞利散射多普勒鉴频装置

说明书

技术领域

本发明涉及激光遥感、大气探测、光电探测领域，具体为基于非偏振分光棱镜的F-P标准具瑞利散射多普勒鉴频装置。

背景技术

多普勒测风激光雷达以其高分辨率，高精度，大探测范围，能提供三维风场信息的能力，引起了世界多个国家的关注和重视，并投入了大量的人力、物力进行研究。按照探测方式不同，多普勒测风激光雷达技术可分为相干技术和非相干(直接探测)技术，其中直接探测技术测量的是能量信号，主要有边缘技术和条纹(成像)技术，边缘技术是利用窄带滤波器作为多普勒频率检测装置，如法布里-泊罗标准具，马赫-泽德尔干涉仪，迈克尔逊干涉仪，光栅等，或利用各种原子、分子滤波器，如碘滤波器，钠、钾、银蒸汽滤波器等，将频率信号的变化转化为能量信号的变化来测量多普勒频移。

目前，国外利用F-P标准具作为核心部件的多普勒激光雷达系统，包括已经投入使用的法国OHP激光雷达系统和美国NASA的GLOW激光雷达系统，欧空局(ESA)计划设计使用的星载的测风激光雷达。

GLOW激光雷达系统的多普勒鉴频装置利用四个分束片，将信号分别送入F-P标准具的三个通道。由于经过多个分束片，结构较为复杂，会造成信号能量损失较大，整体的光学效率不高。光路中的光依次多个分数片，因而光路的调节精度要求很高，调节难度大。

法国的OHP激光雷达系统由M.Chania研究小组组建并进行了高空风场探测实验。利用压力容器控制FP可调谐标准具腔长进行调谐，并采用了双通道的标准具结构设计。采用双边缘风场探测技术要求激光器的发射频率稳定地位于两个标准具透过率曲线的中心附件，而由于发热和环境温度的影响，激光器本身发射频率不可能非常稳定(频率漂移)，这样即使FP标准具的腔长非常稳定也无法保证激光器的发射频率稳定的处于相应的位置。

欧空局(ESA)设计的星载测风激光雷达的多普勒频率检测装置采用了一个较为复杂的设计。将信号光的米散射成分和瑞利散射成分分别利用菲索干涉仪和法布里-泊罗标准具。利用信号光的偏振特性，将信号分别导入菲索干涉仪和法布里-泊罗标准具，分别探测信号中的米散射信号成分和瑞利散射信号成分。并且同样利用信号的偏振特性，将法布里-泊罗标准具的反射光返回标准具，提高了系统的光学效率。也由于这样的设计，使得这套系统的多普勒鉴频装置结构非常复杂，光路调节的难度很大。

在国内，目前利用边缘技术测风的有采用碘吸收技术来检测多普勒频移，但这种方法对温度控制非常严格。安徽光机所2006年研制的基于双边缘技术的采用两通道F-P标准具的米散射测风激光雷达，接收的是米散射信号，采用分立器件。

中国科学技术大学的车载多普勒激光雷达系统中，通过两根光纤分别将锁定信号与大气回波信号分别经过准直后导入法布里-泊罗标准具。其中信号光纤将大气回波信号导入光纤分束器后，分成两路，分别进入法布里-泊罗标准具的两个信号通道。锁定光纤中的光也由光纤分束器分成两路，作为锁定信号和能量信号。系统采用全光纤结构，利用光纤分束器进行分光，由于紫外波段的光纤的透过率较低，光纤分束器也存在能量损失，使得整个系统的信号损失较大，影响光学效率。

发明内容

本发明的目的是提出基于非偏振分光棱镜的F-P标准具瑞利散射多普勒鉴频装置，装置采用棱镜光学结构，结合光纤，光路调节非常简单，具有较高的光学效率，以解决目前光源为紫外波段的全光纤结构的瑞利散射多普勒鉴频装置的光学效率低的问题。