[发明专利]一种用于高光谱激光雷达的共焦激光鉴频器

说明书

本发明提供一种用于高光谱激光雷达的共焦激光鉴频器，包括共焦腔镜、压电陶瓷、光电探测器和综控电路，共焦腔镜与压电陶瓷组成使激光自再现的共焦腔；综控电路通过控制压电陶瓷步长控制共焦腔腔长，综控电路用于接收光电探测器反馈的谐振信号并通过第一模式激光扫描和第二模式激光扫描双重结合控制共焦腔腔长以对雷达探测到的回波光进行鉴频，第二模式激光扫描的扫描范围小于第一模式扫描的扫描范围。本发明具有补偿低频噪声和高频噪声的能力，具有高环境适应性、窄带宽、高精度鉴频的优点，带宽可以达到MHz量级。

技术领域

本发明涉及测量测试技术领域，具体涉及一种用于高光谱激光雷达的共焦激光鉴频器。

背景技术

高光谱分辨率激光雷达技术(High-spectral-Resolution Lidar，HSRL)是在米散射雷达技术的基础上发展而来的一种高精度气溶胶探测技术，主要利用气溶胶散射谱宽不同于其他散射谱，通过使用单频率脉冲激光器，高分辨率的干涉仪、原子吸收滤光器或分子吸收滤光器等精细光谱分辨技术，从大气散射信号中分离米散射和瑞利散射光谱(谱宽与大气温度有关)信号，不需要假设大气的状态，就可以直接导出消光系数。因此能够克服单纯米散射激光雷达的缺陷，从而达到精确探测气溶胶光学特性的目的。高光谱分辨率激光雷达技术对分光系统精确度和中心谱线的稳定度要求高，需要窄线宽的种子注入激光器，对激光波长的稳定性要求较高，基于上述原因，提出高精度的鉴频和锁频系统，实现高光谱探测。

传统的鉴频系统采用固定腔空气隙Fabry-Perot标准具(F-P)的技术方案，Fabry-Perot标准具主要由两块平行放置的平面玻璃板或石英板组成，两板的内表面镀反射膜。为了得到尖锐的干涉条纹，两镀膜面应保持平行。如果两板之间的光程固定，称为固定式Fabry-Perot标准具；如果两板之间的光程可以调节，则称为可调谐式Fabry-Perot标准具。

常规鉴频器采用固定式Fabry-Perot标准具，无法实现透过率调节、带宽调节、精细度调节等；而采用可调谐式Fabry-Perot标准具的鉴频器通常采用调节标准具温度或者角度实现透过率调节、带宽调节、精细度调节等。采用上述两种方法的常规鉴频器非常容易受到外界环境影响，而且带宽只能达到GHz量级。

发明内容

本发明是为了解决现有鉴频器环境适应性差、精细度低、带宽宽的问题，提供一种用于高光谱激光雷达的共焦激光鉴频器，通过综控电路控制，采用PZT实时控制双波长锁定共焦腔设计，实现低频噪声和高频噪声的补偿，提高鉴频器环境适应性，并在满足高光谱雷达带宽的前提下，实现高精度的鉴频。具有补偿低频噪声和高频噪声的能力，具有高环境适应性、窄带宽、高精度鉴频的优点，带宽可以达到MHz量级。

本发明提供一种用于高光谱激光雷达的共焦激光鉴频器，包括共焦腔镜，连接在共焦腔镜一侧的压电陶瓷，设置在共焦腔镜另一侧的光电探测器和与压电陶瓷、光电探测器均电连接的综控电路；

共焦腔镜包括平行放置的第一共焦腔镜和第二共焦腔镜，第一共焦腔镜、第二共焦腔镜为曲率相同并镀有相同激光透过率介质膜的凹面镜，第一共焦腔镜、第二共焦腔镜均放置在镜片焦平面处并且与压电陶瓷组成使激光自再现的共焦腔；

压电陶瓷用于在综控电路的控制下进行第一模式激光扫描和第二模式激光扫描，第二模式激光扫描的扫描范围小于第一模式扫描的扫描范围；

光电探测器用于监测通过共焦腔的锁频激光并将产生的谐振信号反馈给综控电路；

综控电路用于通过控制压电陶瓷步长控制共焦腔腔长，综控电路用于接收光电探测器反馈的谐振信号并通过第一模式激光扫描和第二模式激光扫描双重结合控制共焦腔腔长以对雷达探测到的回波光进行鉴频。

本发明所述的一种用于高光谱激光雷达的共焦激光鉴频器，作为优选方式，锁频激光为单频激光且沿垂直于共焦腔镜方向入射，穿过压电陶瓷和共焦腔，入射到光电探测器；