[发明专利]基于量子上转换原理的相干测风激光雷达及风场探测方法

权利要求书

1.一种基于量子上转换原理的相干测风激光雷达，其包括光纤分束器(2)、声光调制器(3)、激光放大器(4)、环形器(5)、发射接收望远镜(6)；光纤分束器(2)接收线偏振激光，且将所述线偏振激光分为本振光和信号光；声光调制器(3)将所述信号光调制成频移n MHz的脉冲光；激光放大器(4)对所述脉冲光能量放大，经过环形器(5)并输入发射接收望远镜(6)发射至大气中，经大气作用后产生后向散射信号；

其特征在于，所述相干测风激光雷达还包括耦合器(7)、泵浦激光器(8)、上转换波导(9)、探测器(10)、采集卡(11)、数字信号处理模块(12)；

其中，所述后向散射信号通过发射接收望远镜(6)接收，并经由环形器(5)输入至耦合器(7)，所述后向散射信号在耦合器(7)中与本振光进行混频产生混频信号，上转换波导(9)根据泵浦激光器(8)输出的泵浦激光信号对混频信号进行频率转换，由长波光转换为短波光：上转换波导(9)为周期极化铌酸锂材质，且波导表面的光学周期调制结构通过光学非线性效应，将泵浦激光信号和混频信号进行合频上转换，实现长波光转换为短波光；所述短波光由探测器(10)探测后，经采集卡(11)和数字信号处理模块(12)处理，实现风场探测。

2.如权利要求1所述的基于量子上转换原理的相干测风激光雷达，其特征在于，声光调制器(3)将所述信号光调制成频移80MHz的脉冲光，泵浦激光信号的波长为为1950nm。

3.如权利要求1所述的基于量子上转换原理的相干测风激光雷达，其特征在于，上转换波导(9)的波导表面经过工艺刻蚀生成的光学周期调制结构，通过光学非线性效应，将1950nm波长光与1550nm波长光进行合频上转换，生成863nm波长激光，从而实现长波1550nm转换为短波863nm。

4.如权利要求1所述的基于量子上转换原理的相干测风激光雷达，其特征在于，采集卡(11)将探测器(10)的电压模拟信号转化为计算机可识别的数字信号，通过联合时频分析算法或者傅里叶变换功率谱算法，提取信号中的频谱，并进行噪声抑制和信号增强。

5.如权利要求1所述的基于量子上转换原理的相干测风激光雷达，其特征在于，所述相干测风激光雷达还包括连续波激光器(1)，所述线偏振激光采用连续波激光器(1)发出。

6.一种基于量子上转换原理的风场探测方法，其特征在于，其包括以下步骤：

将线偏振激光分为本振光和信号光；

将所述信号光调制成频移n MHz的脉冲光；

对所述脉冲光能量放大；

将放大后的所述脉冲光能量发射至大气中，经大气作用后产生后向散射信号；

所述后向散射信号与本振光进行混频产生混频信号；

根据泵浦激光信号对混频信号进行频率转换，由长波光转换为短波光，其中，采用周期极化铌酸锂材质的波导，且波导表面的光学周期调制结构通过光学非线性效应，将泵浦激光信号和混频信号进行合频上转换，实现长波光转换为短波光；

探测所述短波光以进行数据处理，实现风场探测。

7.如权利要求6所述的基于量子上转换原理的风场探测方法，其特征在于，所述信号光调制成频移80MHz的脉冲光，泵浦激光信号的波长为为1950nm。

8.如权利要求6所述的基于量子上转换原理的风场探测方法，其特征在于，采用光纤分束器(2)接收线偏振激光，且将所述线偏振激光分为本振光和信号光。

9.如权利要求6所述的基于量子上转换原理的风场探测方法，其特征在于，采用声光调制器(3)将所述信号光调制成频移n MHz的脉冲光。

10.如权利要求6所述的基于量子上转换原理的风场探测方法，其特征在于，采用激光放大器(4)对所述脉冲光能量放大，经过环形器(5)并输入发射接收望远镜(6)发射至大气中，经大气作用后产生后向散射信号；

和/或，所述后向散射信号通过发射接收望远镜(6)接收，并经由环形器(5)输入至耦合器(7)，所述后向散射信号在耦合器(7)中与本振光进行混频产生混频信号，上转换波导(9)根据泵浦激光器(8)输出的泵浦激光信号对混频信号进行频率转换，由长波光转换为短波光。