[发明专利]基于差分受激布里渊增益效应的直接测风激光雷达

摘要

本发明公开了一种基于差分受激布里渊增益效应的直接测风激光雷达。该方案采用连续激光器作为光源，经相位或强度调制器调制后，将激光器载波频率的光作为探测光，两边带频率的光作为双频泵浦光在光纤中产生受激布里渊散射。大气回波信号在光纤中与双频泵浦光反向传输，该携带多普勒频移的信号由于受激布里渊散射而产生能量变化，能量的变化由探测器测量，进而可以得到大气回波信号的风速信息，上述系统构成一种鉴频器件。由于该鉴频器的使用，使得激光出射频率固定在频谱上吸收峰与增益峰间隔距离的中点处，因而不再需要对激光频率进行锁定。该激光雷达系统具有系统稳定，高测量精度，低成本，结构简单紧凑等优点。

主权项

1.一种基于差分受激布里渊增益效应的直接测风激光雷达，其特征在于，包括：连续光激光器(1)、相位/强度调制器(2)、微波信号发生器(3)、第一光纤环形器(4)、电光强度调制器(5)、第一掺铒光纤放大器(6)、望远镜发射端(7)、第一光纤布拉格光栅(8)、第二光纤布拉格光栅(9)、第二光纤环形器(10)、望远镜接收端(11)、第二掺铒光纤放大器(12)、隔离器(13)、第三光纤环形器(14)、分束器(15)、受激布里渊散射光纤(16)、第四光纤环形器(17)、第三光纤布拉格光栅(18)、第一探测器(19)、第二探测器(20)、第一采集卡(21)、第二采集卡(22)与计算机(23)；其中：连续光激光器(1)输出的激光载波信号经过相位/强度调制器(2)进行相位/强度调制后，产生两个在频域上对称的频率边带，激光载波信号和两频率边带信号入射至第一光纤环形器(4)的A端口，其中相位/强度调制器(2)的控制信号由微波信号发生器(3)提供；入射至第一光纤环形器(4)A端口的光先经由B端口到达第一光纤布拉格光栅(8)，其中激光载波信号被第一光纤布拉格光栅(8)反射并经过第一光纤环形器(4)的B端口由C端口出射至电光强度调制器(5)，电光强度调制器(5)将反射的激光载波信号调制成脉冲光后由第一掺铒光纤放大器(6)放大，放大后的脉冲光由望远镜发射端(7)发射至大气当中；两频率边带信号透过所述第一光纤布拉格光栅(8)，该信号通过第二掺铒光纤放大器(12)放大后经过隔离器(13)入射至第三光纤环形器(14)的A端口，透过的频率边带信号作为双频泵浦光经过第三光纤环形器(14)的B端口入射至受激布里渊散射光纤(16)的A端并由B端出射；由望远镜接收端(11)接收出射的脉冲光与大气相互作用产生的后向散射信号，该后向散射信号由望远镜接收端(11)入射至第二光纤环形器(10)的A端口，经过第二光纤环形器(10)的B端口入射至第二光纤布拉格光栅(9)，第二光纤布拉格光栅(9)将噪声信号去除后，将大气后向散射信号反射并由第二光纤环形器(10)的C端口出射，经过分束器(15)分为两路光，其中一路光经分束器(15)的A端口入射至受激布里渊散射光纤(16)的B端，进入受激布里渊散射光纤(16)后与频率边带信号所构成的双频泵浦光反向传输，产生受激布里渊散射，与双频泵浦光反向传输的信号光由第三光纤环形器(14)的B端口经C端口入射至第四光纤环形器(17)的A端口，并经过B端口入射至第三光纤布拉格光栅(18)对信号进行滤波，由第三光纤布拉格光栅(18)反射的信号经过第四光纤环形器(17)的B端口由C端口出射至第一探测器(19)，第一探测器(19)与第一采集卡(21)连接，由第一采集卡(21)将采集到的数据传输至计算机(23)；由分束器(15)产生的另一路光经过分束器(15)的B端口与第二探测器(20)连接进行能量检测，第二探测器(20)与第二采集卡(22)连接，由第二采集卡(22)将采集到的数据传输至计算机(23)，由计算机(23)根据第一采集卡(21)与第二采集卡(22)传输的数据进行反演计算。