[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

一种2μm全光纤相干激光多普勒测风雷达系统，其特征在于：2μm全光纤相干激光多普勒测风雷达系统包括该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2μm平衡式外差探测系统包括2μm平衡式InGaAs光电探测器、2μm单模光纤准直器和光纤合束器。所述的2μm单模光纤准直器由梯度折射率透镜、玻璃套管、金属套管、光纤插针和单模光纤尾纤构成。其中，单模光纤尾纤穿入并固定在插针中心，将插针表面进行抛光处理后，将梯度折射率透镜和光纤插针一起放入玻璃套管中实现对准，同时金属套管将套在玻璃套管外面，起到保护作用。所述梯度折射率透镜和光纤插针端面采用斜面、球形连接，接触端的中央部分保持球面，端面的其它部分加工成斜面，使端面与光纤轴线的夹角小于90°，这样可以增加接触面积，使光耦合更加紧密。当端面与光纤轴线夹角为8°时，插入损耗小于0.5dB，斜面抛光后反射损耗可达68dB，极好地隔离了后向散射光对激光器影响。同时，插针的外组件采用金属或非金属的材料制作，插针与梯度折射率透镜接触的斜面必须进行研磨处理，另一端通常采用弯曲限制构件来支撑光纤或光纤软缆以释放应力。2μm光纤准直器外径为15mm，有效通光口径10mm，长为50mm，对于准平行光的耦合效率为86％左右。当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单模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。