[发明专利]基于非相干光源的气体差分吸收激光雷达

权利要求书

1.一种基于非相干光源的气体差分吸收激光雷达，其特征在于，所述非相干光源为宽谱非相干光源，所述气体差分吸收激光雷达包括：光源模块，第一滤波模块、第二滤波模块、第一光开关(3)、第一分束器(6)、光放大器(7)、出射望远镜(8)、接收望远镜(9)、第一光延时元件(10)、第二滤波模块、衰减器(13)、第二分束器(14)、气体吸收池(15)、第二光延时元件(16)、耦合器(17)、探测器(18)、数据采集模块(19)和数字信号处理模块(20)；

所述光源模块包括非相干光源(1)，所述光源模块用于输出脉冲光；所述第一滤波模块用于对输入的光信号过滤，输出两个工作波长的激光，一个工作波长位于待测气体吸收线的峰值处，另一个工作波长偏离待测气体吸收线；所述第一滤波模块为滤波器，所述滤波器用于对非相干光源频谱进行提取以对吸收谱位于所述非相干光源频谱范围的气体进行检测；

光源模块出射的激光经第一滤波模块后输出两个工作波长的激光，一个工作波长位于待测气体吸收线的峰值处，另外一个工作波长偏离待测气体吸收线，这两个工作波长的光源经第一光开关(3)选通后，经第一分束器(6)分成两路，一路用做探测光，另一路用作参考光；所述探测光经光放大器(7)放大后入射到出射望远镜(8)并发射到大气中，所述参考光经衰减器(13)衰减到单光子水平后，由第二分束器(14)分成两路，一路经气体吸收池(15)后进入耦合器(17)；另一路经第二光延时元件(16)延时后进入耦合器(17)；气体吸收池(15)内填充有待测气体，出射激光与大气作用后的大气回波信号被接收望远镜(9)接收后经第一光延时元件(10)延时，从而使回波信号和参考信号在时域上分开；第二滤波模块用于滤除回波信号的大气背景；第一光延时元件(10)输出的回波信号经第二滤波模块滤除大气背景后进入耦合器(17)；耦合器(17)出射的信号由探测器(18)探测，数据采集模块(19)将探测器(18)探测的电信号转换为数字信号，数字信号处理模块(20)根据数据采集模块(19)输出的数字信号反演大气成分信息。

2.根据权利要求1所述的基于非相干光源的气体差分吸收激光雷达，其特征在于，所述光源模块包括脉冲调制器(4)，所述非相干光源(1)用于输出连续光，所述脉冲调制器(4)用于将输入的连续光调制为脉冲光。

3.根据权利要求1所述的基于非相干光源的气体差分吸收激光雷达，其特征在于，所述非相干光源(1)用于输出脉冲光。

4.根据权利要求2所述的基于非相干光源的气体差分吸收激光雷达，其特征在于，所述滤波器(2)为波分复用器WDM、布拉格光栅、法布里-帕罗干涉仪或马赫-曾德干涉仪。

5.根据权利要求4所述的基于非相干光源的气体差分吸收激光雷达，其特征在于，所述非相干光源(1)的输出端与滤波器(2)的输入端连接，滤波器(2)的第一输出端与第二输出端均与第一光开关(3)的输入端连接，第一光开关(3)的输出端与脉冲调制器(4)的输入端连接，脉冲调制器(4)的输出端与第一分束器(6)的输入端连接，第一分束器(6)的第一输出端与光放大器(7)的输入端连接，光放大器(7)的输出端与出射望远镜(8)连接；

第一分束器(6)的第二输出端与衰减器(13)连接，衰减器(13)与第二分束器(14)的输入端连接，第二分束器(14)的第一输出端与气体吸收池(15)的输入端连接，气体吸收池(15)的输出端与耦合器(17)的第一输入端连接，第二分束器(14)的第二输出端与第二光延时元件(16)的第一端连接，第二光延时元件(16)的第二端与耦合器(17)的第二输入端连接；

接收望远镜(9)的输出端与第一光延时元件(10)的第一端连接，第一光延时元件(10)的第二端与第二滤波模块的输入端连接，第二滤波模块的输出端与耦合器(17)的第三输入端连接；

耦合器(17)的输出端与探测器(18)连接，探测器(18)与数据采集模块(19)连接，数据采集模块(19)与数字信号处理模块(20)连接。