[发明专利]一种基于固态可调谐紫外光源的全固态臭氧激光雷达系统

说明书

本发明公开了一种基于固态可调谐紫外光源的全固态臭氧激光雷达系统，包括泵浦激光器，固态可调谐紫外激光模块，多波长激光扩束镜，发射耦合光路，接收望远镜，后继光路，采集计算机和控制单元，固态可调谐紫外激光模块实现可调谐紫外激光震荡级和放大级，在泵浦激光器的激光泵浦作用下，通过电动调节腔长，产生全固态臭氧激光雷达系统所需的差分吸收波长对，调节腔长和泵浦激光脉冲同步，可以一个或几个脉冲切换一次激光波长；可以实现臭氧激光雷达系统的全固态化，避免需要定期更换非固态激光雷达系统的气体或染料耗材，并增加激光雷达系统稳定性，大大缩小体积，减轻系统质量，从而使系统更加易于搭载于飞机平台、气球或飞艇平台和卫星平台。

技术领域

本发明涉及激光雷达的技术领域，尤其涉及一种基于固态可调谐紫外光源的全固态臭氧激光雷达系统，用于探测与人类生活息息相关的对流层区域臭氧浓度廓线的探测。

背景技术

激光雷达是一种探测大气参数廓线的不可替代的主动光学遥感手段，其发射光波作为系统光源，有着高时空分辨率的特点。近几十年来，激光雷达发展迅速，从最初的的大气密度激光雷达，到现在各种各样的激光雷达，包括测温激光雷达，测风激光雷达，原子密度激光雷达，二氧化碳激光雷达，痕量污染物气体激光雷达等等。

目前，环境问题是全球各国政府关心的重点问题，其中涉及雾霾污染和臭氧污染等。过高的对流层臭氧会造成中毒，视力下降，诱发皮肤疾病，心肺功能衰竭，破坏人体免疫功能等等，极大的威胁了人类的健康。为此，我们需采取有效的对策来治理臭氧的污染问题，其中对流层臭氧的探测是治理环境污染问题必不可少的环节。我国政府已加大在此方面的投入，臭氧激光雷达的建设迎来了以往前所没有的机遇。但是，目前对流层臭氧激光雷达主要采用拉曼光源作为差分吸收波长，其主要原理是利用气体对激光的拉曼频移作用产生斯托克斯激光，例如通过YAG(或者YLF)激光器四倍频后的266nm(或者262nm)激光泵浦氘气或氢气的拉曼管，产生拉曼频移后的激光，组成探测对流层臭氧所需的差分吸收波长对，例如266nm 作为泵浦光情况下的波长对：266nm/289nm,289nm/316nm,或者289nm/299nm等等。由于使用了气体作为工作介质，一方面，气体产生的拉曼激光的形状和发散角很难控制；另一方面，气体作为工作物质，需要较长的工作长度，占用空间大；再者，气体工作物质需要定期更换，不利于长时间稳定工作，对于空间平台也不适合。这些都是以气体拉曼光作为系统光源的固有缺陷。不能满足长期稳定工作，以及空载探测平台的需求。

发明内容

本发明的目的是利用掺铈氟铝酸钙锂晶体，产生一种可调谐的紫外激光光源，通过腔长调节，得到探测大气中对流层臭氧所需差分吸收激光光源波长对，结合接收部分和采集控制部分，实现一种全固态臭氧探测激光雷达系统，满足探测对流层臭氧廓线的需要，实现臭氧激光雷达系统全固态化和小型化，延长系统寿命，增强了系统稳定性，进一步为机载化和星载化提供技术基础。

为解决上述问题，本发明提出了一种基于固态可调谐紫外光源的全固态臭氧激光雷达系统，其包括：泵浦激光器，固态可调谐紫外激光模块，激光扩束镜，发射耦合光路，接收望远镜，后继光路，采集计算机和控制单元。其中：

所述泵浦激光器基于YAG(或YLF)的激光器四倍频产生短波紫外266nm(或262nm)激光，用于泵浦可调谐紫外激光器。

所述固态可调谐紫外激光模块，基于掺铈氟铝酸钙锂晶体，实现可调谐紫外激光震荡级和放大级，在所述泵浦激光器的激光泵浦作用下，通过电动调节腔长，产生所述全固态臭氧激光雷达系统所需的差分吸收波长对，调节腔长和泵浦激光脉冲同步，可以一个或几个脉冲切换一次激光波长。

所述激光扩束镜，采用消色差扩束镜，可为反射式扩束镜或透射式扩束镜，可同时工作与所述全固态激光雷达工作的几个波长激光，具有相同的放大倍率，实现改变激光发散角，使其发散角满足所述接收望远镜视场角要求。

所述发射耦合光路，包含光路转折反射镜和带有电机驱动的发射反射镜，用于将所述激光扩束镜扩束后的激光光束发射到所需探测的目标对象大气中。