[发明专利]基于碘分子吸收池的双边沿瑞利激光雷达系统

权利要求书

1.基于碘分子吸收池的双边沿瑞利激光雷达系统，其特征在于，包括双波长激光器系统、激光发射系统、光学接收天线系统和数据采集处理及控制系统；所述激光发射系统包括电控可旋转半波片、偏振分束器、全反射镜、扩束单元；所述光学鉴频系统包括光纤准直镜、窄带滤波片、FP干涉仪、机械斩波器、分光镜、汇聚镜、碘分子吸收池、光电倍增管；数据采集处理及控制系统包括光子计数卡模块和PC机；所述双波长激光器系统交替发射锁定在碘分子吸收谱线左右边沿上的高能脉冲激光，经电控可旋转半波片和偏振分束器进行发射通道选择，最后经过扩束镜单元和全反射镜发射进入大气；光学接收天线系统接收大气后向散射回波信号后，依次通过光纤、光纤准直器、窄带滤光片、FP窄带滤波器、机械斩波器，经过分光镜分成两路信号，一路为能量监测通道，该路信号直接进入该通道的光电倍增管，另外一路为碘池测量通道，该路信号经过碘分子吸收池后，通过汇聚镜进入该通道的光电倍增管；所述数据采集处理及控制系统中的光子计数卡模块记录能量监测通道和碘池测量通道采集所得光子数，PC机进行相关风场反演。

2.根据权利要求1所述的激光雷达系统，其特征在于，所述双波长激光器系统包括两台分别发出两种脉冲种子光的DFB种子光激光器、偏振无关光纤隔离器、2x1光纤合束器、激光功率放大模块、PPLN倍频晶体；两台DFB种子光激光器发出连续种子光，通过设定次序交替打开和关闭的光纤耦合声光调制器将双波长连续种子光调制成交替发出的脉冲种子光，两路脉冲种子光分别经过偏振无关光纤隔离器将菲尼尔反射隔离后再通过2x1光纤合束器合成一路光信号，再经过激光功率放大模块获得600mJ高能激光，通过PPLN倍频晶体倍频为532nm波段的激光后出射。

3.根据权利要求2所述的激光雷达系统，其特征在于，所述DFB种子光激光器的输出波长通过改变DFB激光器的控制电流进行调整；所述DFB激光器出射激光经过分光镜分出一路进入DFB控制器，分光镜将信号光分成两路，一路进入碘分子吸收池的检测通道，另外一路进入参考通道，两路信号进入FPGA控制器后，首先进行出发比值运算获得相对光强，然后反解出频率值并与设定频率值相减获得频率误差，最后经过控制算法计算出DFB控制电流。

4.根据权利要求3所述的激光雷达系统，其特征在于，所述DFB种子光激光器包括DFB激光器、1x2光纤分束器、FCAOM光纤耦合声光调制器、PPLN倍频晶体和DFB控制器模块；所述DFB控制模块包括分光镜、全反射镜、碘分子吸收池、光电二极管、AD模块、FPGA控制器、DA模块；所述DFB激光器发出的连续种子光通过光纤耦合的方式接入到分光比为1：9的1x2光纤分束器中分成10％和90％的两路光信号：一路10％的光信号通过PPLN倍频晶体倍频至532nm波段，随后经过分光比为1：1的分光镜分出两路强度相同的光信号，分别进入到参考通道和具有碘分子吸收池的检测通道，两个通道的光信号分别经过光电二极管1转换成两个电压信号，通过AD模块转换成数字量后，进入FGPA控制器进行除法计算获得两路光信号的相对光强；另一路90％的光信号通过光纤传输至FCAOM光纤耦合声光调制器将连续的种子光转换成脉冲种子光出射。

5.根据权利要求4所述的激光雷达系统，其特征在于，两台DFB种子光激光器交替发出波长分别稳定在1064.518nm和1064.522nm的脉冲种子光；所述双波长激光器系统输出激光的设计脉宽为10ns，重复频率为200Hz，交替发射532.259nm和532.261nm两种波长激光。

6.根据权利要求5所述的激光雷达系统，其特征在于，所述光学鉴频系统的窄带滤波片带宽1nm，FP窄带滤波器的半高宽30Ghz峰值透过率90％。