[发明专利]一种远距离微弱信号的探测装置

摘要

本发明公开了一种远距离微弱信号的探测装置，包括：同步控制模块、脉冲激光装置、偏振态编码器、发射光学器，接收光学器、三个分光器、全反射镜、检偏器、四分之一波片、二分之一波片、第一单光子探测器Gm‑APD、第二第一单光子探测器Gm‑APD、第三单光子探测器Gm‑APD、第四单光子探测器Gm‑APD和同步信号处理器；脉冲激光装置包括：光源，依次与光源连接的透镜、腔镜、激光介质和耦合镜，光源还连接有驱动电路和温控电路。通过温控电路和驱动电路为光源提供高精度的驱动电路和温度控制，进一步提高了整个系统探测结果的准确度。另一方面，利用本发明提供的增益介质，使得发射出的光工作更加稳定、可靠，且实现了远距离微弱信号的高精度探测。

主权项

1.一种远距离微弱信号的探测装置，其特征在于，包括：同步控制模块(1)、脉冲激光装置(2)、偏振态编码器(3)、发射光学器(4)，接收光学器(5)、三个分光器(6)、全反射镜(7)、检偏器(8)、四分之一波片(9)、二分之一波片(10)、第一单光子探测器Gm‑APD(11)、第二第一单光子探测器Gm‑APD(12)、第三单光子探测器Gm‑APD(13)、第四单光子探测器Gm‑APD(14)和同步信号处理器(15)；其中，脉冲激光装置(2)包括：光源(21)，依次与光源(1)连接的透镜(24)、腔镜(25)、激光介质(26)和耦合镜(27)，光源(21)还连接有驱动电路(22)和温控电路(23)，其中，光源(21)和同步控制模块(1)相连，耦合镜(27)与偏振态编码器(3)连接；驱动电路(22)和温控电路(23)分别为光源(21)提供驱动控制；光源(21)在驱动电路(22)和温控电路(23)的作用下的发射光通过透镜(24)依次入射到腔镜(25)和激光介质(26)中；之后经过耦合镜(27)输出；其中，光源(21)的发射谱和激光介质(26)的吸收谱相匹配；激光介质(26)中同时掺入增益离子和饱和吸收体；耦合镜(27)表面镀有光学膜；同步控制模块(1)产生同步信号驱动脉冲激光装置(2)，在脉冲激光装置(2)产生高保偏度的脉冲信号的同时，同步控制模块(1)将同步信号输出至偏振态编码器(3)，偏振态编码器(3)将脉冲信号进行水平、垂直、对角和反对角伪随机的脉冲序列调制，调制后的激光经过发射光学器(4)的准直扩束照射目标，目标的回波信号入射至接收光学器(5)，接收光学器(5)对回波信号进行聚焦收集，然后通过三个分光器(6)将回波信号分为四路信号，一路信号经过全反射镜(7)的反射后入射至第一单光子探测器Gm‑APD(11)，第一单光子探测器Gm‑APD(11)对一路信号进行探测，二路信号经过检偏器(8)的起偏后入射至第二单光子探测器Gm‑APD(12)，第二单光子探测器Gm‑APD(12)对二路信号进行探测，三路信号经过四分之一波片(9)的透射和检偏器(8)的起偏后入射至第三单光子探测器Gm‑APD(13)，四路信号经过二分之一波片(10)的透射和检偏器(8)的起偏后入射至第四单光子探测器Gm‑APD(14)；同步信号处理器(15)根据第一单光子探测器Gm‑APD(11)、第二单光子探测器Gm‑APD(12)、第三单光子探测器Gm‑APD(13)和第四单光子探测器Gm‑APD(14)探测的脉冲信号获得回波的脉冲序列，同步信号处理器(15)根据回波的脉冲序列和同步控制模块(1)产生的同步信号获得目标的距离、强度和偏振的多维信息；其中强度信息的获取过程包括：回波信号强度为I，脉冲宽度为t，探测器被触发的概率为相关峰的强度Ipeak正比于这个触发概率，即相关峰的强度Ipeak和回波的信号强度I拥有一个固定的函数关系，从而可以通过相关峰的强度得到回波信号的强度；偏振信息的获取过程包括：采用四路单光子探测器Gm‑APD测量斯托克斯参量，利用Gm‑APD光子计数进行极微弱光的强度测量时，假设经过了M次测量统计，在第m区间的雪崩脉冲数为K(m)，则探测概率P(m)可以计算得到则入射的光电子数为将探测到的信号光强带入，可以得到探测器探测信号强度和反射光的斯托克斯矢量之间的表达式其中，为本系统的仪器矩阵，表现为系统光学器件对光子偏振态的影响。左右两边同乘以系统仪器矩阵的米勒矩阵，可以求得从目标反射的光子的斯托克斯矢量最后，根据反射光和入射光的斯托克斯参量，得到目标的米勒矩阵。