[发明专利]一种基于混沌激光装置及其相关法的航道水深测量方法

摘要

一种基于混沌激光装置及其相关法的航道水深测量方法，其所述方法是基于混沌激光装置实现对浅水区域的航道水深进行测量，具体方法是在航道水面载体上，由混沌激光装置发出探测光和参考光，将探测光直接垂直照射到航道水底面，反射回来的探测光信号通过望远镜收集，并利用光电探测器转化成电信号；另一束参考光经光电探测器转换成电信号，两路电信号经存储后，再进行互相关运算，获得探测光信号在航道水中往返的飞行时间，进而计算出航道的水深。本方法解决了现有测量航道水深的激光雷达技术存在的距离分辨率与测量深度之间的矛盾，其距离分辨率达到了厘米级，并具有抗干扰能力的特点。

主权项

一种基于混沌激光装置的航道水深测量方法，其特征在于：所述混沌激光装置是混沌固体激光器（1）输出的激光经激光准直系统（2）和分束镜（3）后被分成两束，一束光输入光电探测器Ⅰ（4）；另一束光直接照射航道水底面（6），经航道水底面（6）反射后被望远镜（7）接收，然后输入光电探测器Ⅱ（8）；光电探测器Ⅰ（4）输出端、可调电延迟线（5）、数据采集装置Ⅱ（10）和信号处理装置（11）依次由高频同轴电缆连接；同时光电探测器Ⅱ（8）输出端、数据采集装置Ⅰ（9）和信号处理装置（11）依次由高频同轴电缆连接；信号处理装置（11）左侧输出端连接有显示装置（12）；所述航道水深测量方法是在航道水面载体上，将混沌激光装置发出的波长为532nm、带宽为10GHz以上、平均光功率为85W以上的混沌激光分为探测光和参考光，将探测光直接垂直照射到水体浊度为100NTU以下的航道中，经反射率为0.05～0.15的航道水底面（6）反射回来的探测光信号，通过望远镜（7）收集并利用光电探测器Ⅱ（8）转化成电信号；另一束参考光经光电探测器Ⅰ（4）转换成电信号，两路电信号经存储后，再进行互相关运算，获得探测光信号在航道水中往返的飞行时间td，进而计算出航道的水深；所述混沌固体激光器（1）是由泵浦源半导体激光器模块（1a）、输入镜（1b1）、激光晶体（1c）、倍频晶体（1d）、四分之一波片（1e）和Etalon标准具（1f）、输出镜（1b2）依次连接构成；其中：输入镜（1b1）内侧面镀有1064nm高反膜，外侧面不镀膜；输出镜（1b2）内侧面镀有1064nm高反膜和532nm高透膜；激光腔中放置Etalon标准具（1f），使其腔中仅有3个纵模进行振荡，基于腔中3个纵模在倍频晶体中发生的非线性耦合效应，使激光波长从1064nm转换成532nm，产生光强幅度随机起伏的混沌激光；所述泵浦源半导体激光器模块（1a）是采用30个最大输出功率为20W、 808nm的量子阱激光器组成，总泵浦功率为600W；所述激光晶体（1c）是选用Nd:YAG晶体，其尺寸为ϕ5.0×105mm，掺Nd浓度为0.6%，并在晶体的两通光端面镀上1064nm的增透膜；所述倍频晶体（1d）是尺寸为5×5×15mm的KTP晶体，并采用Ⅱ类临界相位匹配方式，Φ=23.8°，θ=90°，采用冷却水循环机严格控制KTP晶体的温度，冷却水温度设置为23°；所述混沌激光装置发出的波长为532nm、带宽为10GHz以上、平均光功率为85W以上的混沌激光是通过调节倍频晶体（1d）的e轴和四分之一波片（1e）快轴之间的夹角ψ=π/4，设置半导体激光器模块（1a）的工作电源电流I = 20.8A产生。