[发明专利]1548nm多普勒测风激光雷达发射激光波长绝对锁定装置及方法

说明书

一种1548nm多普勒测风激光雷达发射激光波长绝对锁定装置及方法，该装置包括1548nm激光器，输出连续波激光；电光调制器，基于第一调制信号对连续波激光进行相位调制；偏振调节模块，调节连续波激光为P偏振状态；组合式法布里珀罗腔，包括：共焦式法布里珀罗腔；乙炔气体吸收池以及腔长调制模块；两个光电探测器，探测得到法布里珀罗腔的反射信号和透射信号；频率锁定模块，将反射信号和第一调制信号混频解调得到第一误差信号；以及腔长锁定模块，将透射信号和第二调制信号混频解调得到第二误差信号，基于第一误差信号和第二误差信号进行反馈控制以将激光频率锁定至乙炔饱和吸收峰。本发明解决了1548nm激光器频率漂移的问题，可实现大气风场数据的精确测量。

技术领域

本发明涉及激光雷达技术领域，具体涉及一种1548nm多普勒测风激光雷达发射激光波长绝对锁定装置及方法。

背景技术

激光雷达是一种先进的主动光学遥感仪器系统，具有时空分辨率高、测量精度高、探测距离远等优点。在大气探测方面，激光雷达可用于探测大气风场和温度场，云，臭氧，各类大气成分含量等，并能对污染物进行监测。高精度，高时空分辨率的大气参数对于研究大气的动力学过程，天气预报，建立大气模型，气象保障国防战略武器等具有重要的作用。

多普勒测风激光雷达的测风原理为，向大气发射激光脉冲，激光在传播路径上受到大气气溶胶粒子和大气分子的散射，光学望远镜收集后向散射信号后输入光学采集系统，通过分析发射激光的径向多普勒频移来反演风速。这种探测方法时空分辨率高、测量精度高，测量范围广。中国科学技术大学研制的微脉冲激光雷达采用人眼安全的1.5μm激光作为光源，其具有小型化、全光纤集成、低功耗、高稳定的优势，可昼夜连续观测，适合在机载、舰载、星载平台的恶劣环境下运行。虽然采用1.5μm光源具有显著优点，但是目前该激光雷达光源缺少绝对频率参考，具体而言，激光雷达系统中使用的绝对频率参考一般为原子或分子的无多普勒饱和吸收峰，例如钠D2a峰可以将激光频率绝对锁定在589.158nm。但是1.5μm为近红外区，没有可用的原子饱和吸收峰。因此由于1.5μm激光雷达系统中缺少绝对频率参考，因此种子光频率的漂移会直接引入风速测量的误差。

发明内容

有鉴于此，本发明的主要目的在于提供了一种1548nm多普勒测风激光雷达发射激光波长绝对锁定装置及方法，以期至少部分地解决上述提及的技术问题中的至少之一。

为实现上述目的，本发明的技术方案如下：

根据本发明的一个方面，提供了一种1548nm多普勒测风激光雷达发射激光波长绝对锁定装置，包括：1548nm激光器，分两路输出激光，一路调制为脉冲激光以作为激光雷达发射光源，另一路为线偏振的连续波激光以作为连续波种子光；电光调制器，用于基于第一调制信号对所述连续波种子光进行相位调制；偏振调节模块，用于将经相位调制后的连续波种子光进行偏振态调节，以输出P偏振状态的激光；组合式法布里珀罗腔，包括：两片反射镜，在所述两片反射镜之间形成共焦式法布里珀罗腔，用于使所述P偏振状态的激光谐振产生谐振光，部分所谐振光作为反射光输出至所述偏振调节模块，另一部分所述谐振光作为透射光输出；乙炔气体吸收池，位于所述两片反射镜之间，用于使所述谐振光产生在1548nm处具有饱和吸收峰的饱和吸收光谱，所述乙炔气体吸收池的两端为布儒斯特窗口，使所述P偏振状态的激光以布儒斯特角入射所述布儒斯特窗口；以及腔长调制模块，用于基于第二调制信号对所述共焦式法布里珀罗腔的腔长进行调制，以及基于第二控制信号对所述共焦式法布里珀罗腔的腔长进行调控；两个光电探测器，分别用于对所述偏振调节模块输出的所述反射光以及所述组合式法布里珀罗腔输出的所述透射光进行光电转换，得到反射信号和透射信号；频率锁定模块，用于将所述反射信号和第一调制信号进行混频解调得到第一误差信号，以及基于所述第一误差信号向所述1548nm激光器反馈第一控制信号，以将激光频率锁定至所述共焦式法布里珀罗腔的共振模；以及腔长锁定模块，用于将所述透射信号和第二调制信号在锁相环电路中进行混频解调得到饱和吸收光谱的一阶微分信号以作为第二误差信号，以及基于所述第二误差信号向所述腔长调制模块反馈所述第二控制信号，以将所述共焦式法布里珀罗腔的共振模锁定至乙炔的所述饱和吸收峰。