[发明专利]基于超导单光子探测器的大气探测激光雷达

摘要

本发明公开了一种基于超导单光子探测器的大气探测激光雷达。该发明由激光脉冲产生单元出射的光脉冲经发射望远镜和激光扫描单元指向探测大气，大气回波信号经光学预处理单元滤除背景噪声，由光学处理单元提取大气信息，由超导单光子探测单元探测大气回波信号，由数据采集卡采集信号，最后由后续数据反演和显示单元反演和显示大气参数信息。该发明同现有的大气探测激光雷达不同之处在于，本发明所述的大气激光雷达采用低暗计数、高量子效率、宽波长响应和低时间抖动的超导单光子探测器作为探测单元。本发明采用超导单光子探测器，其具有空间分辨率好、时间分辨率高、探测距离远、探测精度高等优点。

主权项

1.一种基于超导单光子探测器的大气探测激光雷达，其特征在于，包括：激光脉冲产生单元(100)、收发望远镜单元(200)、激光扫描单元(300)、光学预处理单元(400)、光学处理单元(500)、超导探测单元(600)、数据采集单元(700)和后续数据反演和显示单元(800)；其中：激光脉冲产生单元(100)发射的脉冲光经收发望远镜单元(200)扩束后指向探测大气，回波信号由收发望远镜单元接收；所述回波信号先经光学预处理单元(400)滤除背景噪声，再经光学处理单元(500)进行信息的提取，提取的光学信号由超导探测单元(600)进行探测，探测的电信号通过数据采集单元(700)进行采集记录，最后，通过后续数据反演和显示单元(800)反演和显示大气风场；所述的激光扫描单元(300)，用于当收发望远镜单元(200)将脉冲光扩束指向探测大气后，对探测大气进行激光三维扫描，从而实现大气风矢量的探测；其中，所述超导探测单元(600)包括：第一超导单光子探测单元(01)与第二超导单光子探测单元(02)；所述光学处理单元(500)用于多普勒信息的提取，其包括：光纤环形器(501)、扫描式光纤法布里‑帕罗干涉仪(502)、光纤法布里‑帕罗干涉仪控制器(504)和温控装置(503)；从光学预处理单元(400)中的光纤环形器(401)出射的激光进入光纤环形器(501)，光纤环形器(501)的A端口与扫描式光纤法布里‑帕罗干涉仪(502)连接，扫描式光纤法布里‑帕罗干涉仪(502)的透射信号进入第一超导单光子探测单元(01)，而扫描式光纤法布里‑帕罗干涉仪(502)的反射信号先后经过光纤环形器(501)的A端口和B端口后接入第二超导单光子探测单元(02)；所述温控装置(503)用于确保扫描式光纤法布里‑帕罗干涉仪(502)在恒温下工作；并且，在测风前，通过控制光纤法布里‑帕罗干涉仪控制器(504)的输出电压使激光频率位于扫描式光纤法布里‑帕罗干涉仪(502)自由谱间距的中心位置，从而通过鉴别大气气溶胶谱相对参考激光谱的位置确定大气多普勒频移的符号。