[发明专利]一种2μm全光纤相干激光多普勒测风雷达系统

摘要

一种2μm全光纤相干激光多普勒测风雷达系统，其系统由2μm离轴卡塞格伦光学天线系统、2μm激光光束分光系统、2μm种子注入激光器放大级、2μm监测探测器系统和2μm平衡式外差探测系统构成。弥补了自由空间光路存在环境干扰的缺陷，克服了散粒噪声对外差接收信噪比的影响，解决了2μm全光纤相干激光多普勒测风雷达系统全光纤小型化的问题，使2μm全光纤相干激光多普勒测风雷达系统结构更加紧凑，此外，本发明还具有激光对于人眼安全、光路采用柔性光纤器件连接、可操作性强、稳定性好、成本低、实时性好、有效测量距离远和测量(测速和测距)精度高等特点，在相干激光多普勒测风雷达领域具有很高的实用价值。

主权项

1.一种2μm全光纤相干激光多普勒测风雷达系统，其特征在于：该2μm全光纤相干激光多普勒测风雷达系统包括2μm收发合置离轴卡塞格伦光学天线系统、2μm激光光束分光系统、2μm线偏振种子注入激光器放大级、2μm监测探测器系统和2μm平衡式外差探测系统。所述的2μm离轴卡塞格伦光学天线系统包括光学天线主镜和次镜，还包括预扩束系统。所述光学天线采用收发合置的离轴卡塞格伦的双发射式结构，双反射系统中采用二次曲面来达到消除各种初级象差，发射系统的参数设计主要考虑激光的光束截断以及激光照射到目标后的散斑效应。发射光学天线系统的发射光束直径10mm，发射光学天线系统放大倍数为15倍，主镜口径为160mm，有效口径为150mm；次镜口径为12.7mm，有效孔径为10mm。主镜和次镜都选用的非球面面型均为二次抛物面。主镜面型为抛物面，主镜顶点曲率半径1500mm，主镜的离轴量为190mm，次镜面型同样为抛物面，次镜顶点的曲率半径100mm，次镜的离轴量为12.67mm。系统视场角为0.1mrad，达到了衍射极限水平；接收光学天线有效主口径为150mm，瞬时视场角与相干接收视场角匹配2ω＝0.017mrad，系统有效焦距f’＝4500mm，成像质量要求达到衍射极限水平，波前畸变要求小于λ/20；当光学天线系统的有效口径为150mm，波长为2μm，作用距离为R＝1～10km时，在弱湍流Cn2=10-15]]>情况下，系统的天线效率为0.51，在强湍流Cn2=10-13]]>下，系统的天线效率为0.03。所述2μm平衡式外差探测系统包括2μm平衡式InGaAs光电探测器、2μm光纤准直器和光纤合束器。其中，2μm平衡式InGaAs光电探测器采用在一个探测单元上同时制作两个参数几乎完全相同的PIN光电二极管，依据平衡式外差监测理论设计而成，光敏面口径为1mm左右，带宽200MHz，灵敏度0.65A/W，可以达到衍射极限水平，充分消除散粒噪声对外差信噪比的影响。2μm连续线偏振种子激光器发射的激光通过在线式光纤分束器后分成两束，其中一束种子光作为本振光，本振光被在线式光纤分束器分成两束；另一束种子光经2μm全光纤声光移频器移频后注入到2μm线偏振脉冲激光放大级中，经放大级放大的线偏振激光通过2μm分光镜分成两束，反射光被2μm单模准直器耦合进入光纤与一束本振光通过合束器合束后注入到2μm监测探测器中；而透射光被预扩束系统扩束，扩束的线偏振光经2μm强激光立方体偏振分光棱镜和四分之一波片后入射，到光学天线的次镜反射面上，之后线偏振光又被次镜反射到主镜反射面上，最终射向大气；被大气后向散射的光又依次经望远镜主镜、次镜、四分之一波片后被2μm强激光立方体偏振分光棱镜反射，反射光经二分之一波片后被2μm光纤准直器耦合进入光纤，进入光纤的线偏振激光与另一束本振光通过在线式光纤合束器合束后注入到2μm平衡式探测器中。