[实用新型]一种应用于相干测风雷达系统的高脉冲能量光纤激光器光路

说明书

技术领域

本实用新型属于光纤激光器领域，具体涉及一种应用于相干测风雷达系统的高脉冲能量光纤激光器光路。

背景技术

激光雷达具有能全天时对地观测，受地面背景、天空背景干扰小，并具有高分辨率和高灵敏度等优势，可以广泛应用在环境监测、海洋探测、森林调查、地形测绘、深空探测、军事应用等方面。此外，激光雷达由于单色性好、方向性强、相干性好、体积小等特点，在气象领域也得到了广泛的应用，可以用来测量气溶胶、云、雾、能见度、空中风场、温室气体、污染气体、温度和湿度的变化，精确的实时数据不仅是飞行的保障，而且能为研究大气变化、天气预报和建立正确的大气模型提供依据，对全球长远气候变化和全球碳循环的认知和预测有重要的指导意义。多普勒相干测风雷达可以测量大气风场，包括风切变、风速等信息。利用大气风场的数据，可以获得大气的变化，并预见其改变，促进人类对能量、水、气溶胶、化学和其它空气物质圈的了解，对于大气污染的检测、军事环境预报、提高风能资源的利用效率、提升航空航天的安全性、改进气候研究模型等具有重大意义，大气垂直尺度的精确风场、海洋风场、平流层的风场，无论从民用还是军用的角度，都有着极其重要的意义。

由于1.5um波长的光相对于人眼安全，因此越来越广泛被应用于激光雷达测风系统。典型的脉冲相干测风雷达系统包括两部分：高脉冲能量光纤激光器和数据的采集处理。其中，前者由连续单频保偏激光器、脉冲调制器和脉冲放大器组成，也是本专利研究的内容。目前，获得高光束质量、高能量脉冲激光输出的技术主要有三种：调Q技术，锁模技术，脉冲调制+MOPA技术。三种脉冲技术的优缺点如下：1、调Q技术：调Q技术是在激光器谐振腔内插入Q开关，通过周期性改变腔内的损耗，实现脉冲激光输出，脉冲宽度可以达到ns量级。利用调Q技术可以获得较高的峰值功率，由于单个调Q激光器得到的脉冲能量往往有限，要想获得高功率输出，后续还需要经过多级放大。另外Q开关还需要配专门的驱动器，这样系统体积比较大，对于体积要求比较苛刻的地方有一定的局限性；2、锁模技术：锁模脉冲光纤激光器主要是利用各种因素对腔内的振荡纵模进行调制，结构较复杂，适合于超短脉冲的生成，一般应用于飞秒或皮秒激光器，且输出激光的平均功率较低。3、脉冲调制+MOPA技术：即主振荡功率放大技术，以一定重复频率和脉冲宽度的种子光源作为主振荡器，通过多级功率放大后就能获得所需的高能量脉冲激光输出。脉冲调制+MOPA结构的激光器技术方案灵活，结构紧凑，是实现高脉冲能量、高峰值功率激光器的的一种理想选择。在这种结构中，传统的脉冲产生一般为方波脉冲(如附图1-1所示)，由于在放大过程中脉冲的前沿优先被放大，因此随着放大脉冲激光的功率增大，脉冲会出现变形甚至分裂(如附图1-2所示)，此时出现了SBS(受激布里渊散射，是限制高功率激光输出的主要因素)，无法产生高脉冲能量的激光输出。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题是提供一种应用于相干测风雷达系统的高脉冲能量光纤激光器光路，能实现脉冲波形在放大过程中脉冲基本不会发生变形，从而能实现极高单脉冲能量的激光输出。

为解决上述技术问题，本实用新型采用如下的技术方案：

本实用新型的一种应用于相干测风雷达系统的高脉冲能量光纤激光器光路，包括采用光纤复合腔结构的连续单频保偏激光器、设置在连续单频保偏激光器的输出端的声光调制器以及设置在声光调制器之后的一级掺饵光纤放大器、二级掺饵光纤放大器和三级掺饵光纤放大器，一级掺饵光纤放大器为正向泵浦纤芯放大结构，二级掺饵光纤放大器和三级掺饵光纤放大器均为正向泵浦双包层放大结构，声光调制器调制三角波脉冲。

优选地，连续单频保偏激光器包括第一波分复用器、第一掺饵光纤、环形器、第二掺铒光纤、光栅、分光器、单偏振光纤和未泵浦的有源光纤；未泵浦的有源光纤通过第一波分复用器耦合进掺饵光纤；第一波分复用器与第一掺饵光纤连接以形成放大器；第二掺铒光纤与光栅连接以形成饱和吸收体；环形器与分光器连接形成环形回路；分光器通过单偏振光纤与第一波分复用器连接。

优选地，光栅单独隔离，并用热电制冷器保温。

优选地，声光调制器上连接有信号发生器，信号发生器生成三角波脉冲后，信号发生器的输出端通过射频线连接到声光调制器的射频端。

优选地，一级掺饵光纤放大器包括第二波分复用器、第一单模泵浦光源、保偏掺铒光纤和第一隔离器，第二波分复用器、保偏掺铒光纤和第一隔离器依次连接，第一单模泵浦光源通过第二波分复用器耦合进保偏掺铒光纤，一级掺饵光纤放大器的输出光纤类型为PM 9/125。