[发明专利]一种高精度多普勒精光雷达频率锁定系统

摘要

本发明公开了一种高精度多普勒激光雷达频率锁定系统，该系统包括：发射系统、前置光学系统、鉴频系统、控制系统，发射系统主要是一个Nd：YAG激光器，前置光学系统主要包括一个窄带滤光片、一个积分球、多模光纤、一个光纤分束器和一个准直透镜，鉴频系统主要包括一个Fabry-Perot标准具、会聚透镜、多模光纤和两个探测器。控制系统由控制计算机、高速数据采集卡以及标准具控制器组成。在锁定的过程中，在鉴频器的前置光学里引入积分球，一方面可以将激光脉冲在时域上展宽，另一方面保证了耦合到多模光纤里的光斑均匀性。二者确保了激光脉冲在鉴频器上透过率测量的精确性，进而提高了多普勒激光雷达的频率锁定精度。

主权项

1.一种高精度多普勒精光雷达频率锁定系统，其特征在于，该系统包括：发射系统、前置光学系统、鉴频系统和控制系统；发射系统主要是一个Nd：YAG激光器（1）；前置光学系统主要包括一个窄带滤光片（2）、一个积分球（3）、第一多模光纤（4）、一个光纤分束器（5）和一个准直透镜（6）；鉴频系统主要包括一个Fabry-Perot标准具（7）、会聚透镜（8）、第二多模光纤（4）和两个探测器（9）；控制系统由控制计算机（13）、高速数据采集卡（10）以及标准具控制器（11）组成；由Nd：YAG激光器（1）产生的光束经窄带滤光片（2）滤掉背景光后进入积分球（3），在积分球（3）内多次漫反射后形成均匀光，进入第一多模光纤（4），第一多模光纤（4）内的光被光纤分束器（5）分成两束，其中一束经准直透镜（6）变成平行光入射到标准具（7）表面，透过标准具（7）的光经另一会聚透镜（8）会聚至第一探测器（9）进行光强检测；另一束则直接经第二多模光纤（4）导入第二探测器（9）进行光强检测，在此过程中，标准具控制器（11）控制标准具（7）调整其腔长，而高速采集卡（10）则不断采集两个探测器（9）探测到的信号，并将其送至控制计算机（13）进行透过率计算，透过率计算采用面积积分的方式，即将用高速数据采集卡采集到的脉冲波形进行面积积分，取通过Fabry-Perot标准具（7）的脉冲波形面积积分和直接进入探测器（9）进行光强检测的脉冲波形面积积分之比，作为信号通过标准具的透过率，根据标准具透过率和频率的关系式H(v)=1πθ02∫02πdφ∫0θ0Tpe[1+4Fe2π2sin2(πvcosθ/vFSR)]-1·sinθdθ]]>（3）反演得到频率，式中，为有效精细度，R_e为有效反射率，T_pe为峰值透过率，θ₀为入射光的发散角，ν_FSR为标准具透过率函数的自由谱间隔，然后根据标准具腔长和频率的关系（2），调整标准具控制器重新定位标准具的位置，其中v是要锁定的发射频率，Δv是激光频率相对于锁定频率的偏移量，l是标准具的腔长，Δl是锁定过程中标准具腔长的变化量，进行下一次的锁定过程，至此，整个高精度多普勒激光雷达频率锁定系统建立。