[发明专利]一种相干测风雷达中消除种子激光漏光的调Q激光输出控制方法及激光输出装置

说明书

本发明涉及一种相干测风雷达中消除种子激光漏光的调Q激光输出控制方法及激光输出装置，以消除种子激光漏光对相干测风激光雷达回波信号干扰。本发明在采用种子注入谐振腔的基础上优化注入锁定控制系统方法流程，控制声光Q开关的开门时间，使得在脉冲回波信号返回之前的时间间隔内种子激光无法进入从动环形振荡腔，从而消除种子激光漏光对相干测风激光雷达回波信号的干扰。

技术领域

本发明属于相干激光测风雷达设备技术领域，尤其涉及一种相干测风雷达中消除种子激光漏光而造成回波信号干扰的控制方法及激光输出装置。

背景技术

相干激光测风雷达能够对大气三维风场进行实时监测，在航空、航天、风能发电及天气预报等领域有着广泛的应用。采用注入锁定调Q脉冲激光器作为相干激光测风雷达激光光源是当前相干激光测风雷达领域的主流方式之一。

注入锁定调Q脉冲激光器工作方式是将单频、窄线宽、光束质量好的种子光注入从动调Q激光谐振腔中进行放大，输出的调Q脉冲是建立在种子激光的基础上，因此具有输出脉冲能量高、单频、中心频率稳定等特点，非常适合相干激光雷达应用。

目前，对于环形从动调Q激光谐振腔，注入锁定的方式主要有两种，一种是从输出镜注入种子激光，另一种是从声光调Q晶体的衍射级注入种子激光。由于从声光调Q晶体的衍射级注入种子激光不再额外需要移频器用于雷达回波信号的外差探测，且不需担心从动激光器双向出光对种子激光器的反馈，因此更加适用于相干激光测风雷达。

研究发现，对于从声光调Q晶体的衍射级注入种子激光的相干激光测风雷达光源而言，当调Q脉冲出射之后Q开关随即加电关闭脉冲输出，而此时种子光进入从动激光器从输出镜泄漏出去并发射到大气中(称“种子激光漏光”)，种子激光和Q脉冲激光都会经过大气分子的后向散射而参与到外差拍频中干扰测风信号的提取中来，从而引起回波信号的信噪比降低。并且随着探测距离的增加，Q脉冲激光的回波信号逐渐减弱，近场泄漏的种子激光的反射信号大于Q脉冲激光的回波信号，这严重制约着相干激光测风雷达测风距离的提高。

目前，关于种子激光漏光对相干激光测风雷达回波信号的干扰问题在本领域中尚未见有关报道；而针对该问题所进行的研究探讨以及提出的解决方案更是鲜有所闻。

发明内容

为了解决上述问题，本发明旨在提供可消除种子激光漏光对相干测风激光雷达回波信号干扰的方法及装置，以实现提高雷达回波信号信噪比、提升相干测风雷达探测距离等目的。

因此，本发明的第一方面，提供一种相干测风雷达中消除种子激光漏光的调Q激光输出控制方法，方法包括：

a、产生种子激光并注入从动激光器的步骤；

b、控制从动激光器对种子激光进行移频并放大的步骤；

c、监测放大激光的谐振信号峰值，以控制从动激光器中调Q开关开启，从而产生调Q脉冲激光输出的步骤；

d、接收调Q脉冲激光输出照射目标物体散射后的探测回波信号的步骤；

其特征在于，调Q开关中具有调Q晶体，调Q晶体的一级衍射级作为种子激光注入从动激光器的注入通道的至少一部分，以当产生调Q脉冲激光输出的同时，控制调Q晶体切断种子激光的注入，并且在接收到探测回波信号之前，保持调Q晶体切断。

进一步的，在时间τ内保持调Q晶体切断，τ满足：τ≥τ₀，其中，其中τ₀为输出的调Q脉冲激光往返相干测风雷达探测量程所需的时间。

进一步的，τ小于输出的调Q脉冲激光的激光上能级寿命τ_r。