[发明专利]基于全光纤声光调制的钠温风-瑞利激光雷达系统

权利要求书

1.一种基于全光纤声光调制的钠温风-瑞利激光雷达系统，其特征在于，包括：半导体激光器、第一放大光纤激光器、第一泵浦激光器、光纤分束器、光纤声光调制单元、光纤合束器、第二光纤放大激光器、第二泵浦激光器、第一倍频模块、第二倍频模块、频率锁定模块、百毫焦级的脉冲泵浦激光器、脉冲染料放大器、精密平移台驱动的532nm反射镜、扩束单元、发射光路单元、接收望远镜单元、后继光路单元、采集单元和控制单元；

所述半导体激光器，用于输出几十mW的KHz量级窄线宽1178nm连续种子激光；

所述第一放大光纤激光器，在所述第一泵浦激光器输出的1120nm激光泵浦下，在光纤工作物质中初步放大所述半导体激光器输出的1178nm连续种子激光的功率，输出放大后的1178nm激光；

所述保偏光纤分束器，将所述第一放大光纤激光器放大后1178nm激光分成两路，一路为总功率的10％-20％的1178nm激光用于激光频率锁定，另一路为总功率的90％-80％的1178nm激光用于输入给光纤声光调制部分，用于频率变换；

所述第一倍频晶体，将所述保偏光纤分束器分出的为总功率的10％-20％的1178nm激光倍频为589nm激光，通过钠原子的饱和荧光光谱或吸收光谱由所述激光频率锁定单元精确锁定所述半导体激光器的激光波长；

所述光纤声光调制单元，通过光波和声波相互作用的光纤声光调制器件将较强的1178nm激光序列调制为1178nm，1178nm+315MHz,1178nm-315MHz的激光，序列后的激光脉冲宽度为毫秒级；光纤声光调制单元具体包括：第一光纤声光调制器，第二光纤声光调制器，第一光纤衰减器，第三光纤声光调制器，第二光纤衰减器；

所述第一保偏光纤声光调制器，通过外加射频调制器信号，实现声波对光波频率的调制；第一保偏光纤声光调制器工作在两种状态，一种是调制状态，另一种是非调制状态，两路端口输出，调制状态改变光波频率+315MHz，一个端口输出；非调制状态不改变光波频率，另一个端口输出，第一保偏光纤声光调制器工作状态通过外部TTL电频控制声光驱动器来实现；

所述第二保偏光纤声光调制器，同样工作在两种状态，一种是调制状态，另一种是非调制状态，调制状态改变光波频率-315MHz，一个端口输出；非调制状态不改变光波频率，另一端口输出，该第二偏光纤声光调制器工作状态通过外部TTL电频控制声光驱动器来实现；

所述第三保偏光纤声光调制器，同样工作在两种状态，一种是调制状态，另一种是非调制状态，调制状态改变光波频率-315MHz，一个端口输出；非调制状态不改变光波频率，另一端口输出，但不使用，该第三偏光纤声光调制器工作状态通过外部TTL电频控制声光驱动器来实现；

所述第一保偏光纤衰减器，连接于所述第二保偏光纤声光调制器的非调制端口，通过调节改变光功率信号强度；

所述第二保偏光纤衰减器，为手动或电动衰减器，连接于所述第三保偏光纤声光调制器的调制端口，通过手动或电压调节改变光功率信号强度；

所述光纤耦合器，用于将所述第一保偏光纤衰减器的输出、第二保偏光纤衰减器的输出和所述第二保偏光纤声光调制器耦合为一路输出；

所述第二放大光纤激光器，在所述第二泵浦激光器输出的1120nm激光泵浦下，在光纤工作物质中初步放大所述光纤耦合器输出的1178nm、1178nm+315MHz、1178nm-315MHz的激光功率；

所述第二倍频晶体，用于将放大后的1178nm、1178nm+315MHz、1178nm-315MHz的激光倍频为589.158nm、589.158nm+630MHz、589.158nm-630MHz激光，倍频后的589.158nm及其侧翼三个频率激光作为种子激光输入至所述脉冲染料放大器；

所述脉冲染料放大器，将第二倍频晶体输出的毫秒级的宽脉冲589.158nm及其侧翼的三个频率种子激光，在百毫焦级的脉冲泵浦激光器输出的532nm激光泵浦下，放大为峰值功率兆瓦级的10纳秒级脉冲589.158.158nm及其侧翼的三个频率窄脉冲激光；

所述精密平移台驱动的532nm反射镜，设置于所述泵浦脉冲染料放大器的光路上，进行钠温风探测时，将532nm反射镜快速挪开，使百毫焦级的的脉冲泵浦激光器泵浦所述脉冲染料放大器；进行瑞利温度探测时，将532nm反射镜快速移到光路上，45度角转折到532nm的发射光路上；

所述激光扩束镜，采用伽利略式结构，改变激光雷达的发射激光发散角，使发射激光发散角满足所述接收望远镜视场角要求，532nm和589nm分别设置一个激光扩束镜；

所述发射光路单元，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589.158nm附近三个频率激光光束和532nm激光发射到大气中；

所述接收望远镜单元，用于接收激光和大气相互作用后的后向散射回波信号，后向散射回波信号包含有瑞利散射信号共振钠荧光后向散射信号；

所述后继光路单元，将所述接收望远镜接收的回波信号提取出有效回波信号，并转换为电信号，供采集装置采集；532nm和589nm回波信号分别通过两路独立探测；所述后继光路单元包含有斩光盘、准直透镜、532nm滤光器、589nm滤光器，汇聚透镜和光电倍增管；

所述采集单元，将电信号采集记录为回波信号，并存储在采集计算机的硬盘上，通过分析处理采集的回波信号，得到温度、风速和钠原子密度；

所述控制单元，包含工作时序控制部分和部件动作控制部分，所述工作时序控制部分用于协调钠温风-瑞利激光雷达系统中泵浦激光器、声光调制单元、激光锁频单元、脉冲染料放大器、发射耦合单元和所述采集装置按序进行工作；所述部件动作控制部分，用于控制发射耦合光路中的光束发射天线。