專(zhuān)利名稱(chēng)：一種基于種子注入式激光器的種子光進(jìn)行激光頻率鎖定的裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及激光遙感技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種基于種子注入式激光器的種子光進(jìn)行激光頻率鎖定的裝置。
背景技術(shù)：
目前，瑞利測(cè)風(fēng)激光雷達(dá)是觀(guān)測(cè)中高層大氣風(fēng)場(chǎng)的一種有力工具，雷達(dá)通過(guò)鑒頻器將光學(xué)信號(hào)的頻率信息轉(zhuǎn)化為強(qiáng)度信息，比較出射光和大氣后向散射光的相對(duì)頻移，根據(jù)多普勒原理，反演出回波信號(hào)方向上的大氣風(fēng)速。大部分的瑞利測(cè)風(fēng)激光雷達(dá)選用種子注入式的Nd :YAG脈沖激光器作為雷達(dá)光源一個(gè)較小的穩(wěn)頻1064nm激光器輸出連續(xù)的1064nm激光，作為“種子”注入一個(gè)較大的激光震蕩腔和放大級(jí)中，生成與種子激光器頻率相同的1064nm激光脈沖，然后根據(jù)需要可以進(jìn)行倍頻或三倍頻，產(chǎn)生532nm或355nm的激光脈沖，為了在高空獲得較高的回波信號(hào)強(qiáng)度，雷達(dá)通常會(huì)選擇532nm或355nm作為工作波長(zhǎng)。鑒頻器是直接影響雷達(dá)測(cè)量精度的關(guān)鍵器件，國(guó)際上常用的一種鑒頻器稱(chēng)為可調(diào)諧式(Fabry-Perot，F(xiàn)-P)干涉儀，或者可調(diào)諧式F-P標(biāo)準(zhǔn)具在兩塊間隔距離可調(diào)節(jié)的平行平板上鍍針對(duì)工作波長(zhǎng)的高反射膜，若有工作波長(zhǎng)的光入射到F-P標(biāo)準(zhǔn)具上，就會(huì)在兩塊平板間形成多次反射，入射光在標(biāo)準(zhǔn)具上的透過(guò)率直接與其頻率直接相關(guān)，因而可以通過(guò)檢測(cè)激光的透過(guò)率來(lái)反演光的頻率信息。在一個(gè)激光雷達(dá)系統(tǒng)中，出射激光的頻率和F-P標(biāo)準(zhǔn)具頻譜的初始相對(duì)位置，決定著測(cè)量的精度和準(zhǔn)確度，但是由于激光器的出射光頻率會(huì)受到環(huán)境溫度等因素的影響，標(biāo)準(zhǔn)具自身的頻譜也會(huì)隨時(shí)間發(fā)生微小的變化，因此在激光雷達(dá)測(cè)量中，維持出射激光頻率與F-P標(biāo)準(zhǔn)具頻譜的相對(duì)位置，即對(duì)出射激光進(jìn)行頻率鎖定的技術(shù)就顯得十分重要的。現(xiàn)有瑞利測(cè)風(fēng)激光雷達(dá)所使用的標(biāo)準(zhǔn)具常見(jiàn)的結(jié)構(gòu)是在標(biāo)準(zhǔn)具的通光面分出三個(gè)區(qū)域兩個(gè)信號(hào)通道和一個(gè)鎖定通道。在三個(gè)區(qū)域分別鍍不同厚度的膜，因而導(dǎo)致三個(gè)區(qū)域的腔長(zhǎng)(即標(biāo)準(zhǔn)具兩平行平板的距離)產(chǎn)生差異，這種差異會(huì)反映在標(biāo)準(zhǔn)具三個(gè)通道的頻譜特性上，使三個(gè)通道的頻譜曲線(xiàn)在頻域上有一個(gè)固定的相對(duì)位置關(guān)系。如圖I所示為現(xiàn)有技術(shù)中F-P標(biāo)準(zhǔn)具三個(gè)通道的頻譜曲線(xiàn)的示意圖，圖中橫坐標(biāo)是激光頻率，縱坐標(biāo)是激光在標(biāo)準(zhǔn)具上的透過(guò)率；兩側(cè)的兩個(gè)頻譜(I)和(2)為信號(hào)通道頻譜，中間的(3)為鎖定通道頻譜，其中兩信號(hào)通道頻譜的交點(diǎn)與鎖定通道頻譜的半高位置橫坐標(biāo)相同。在現(xiàn)有技術(shù)的鎖頻方案中，用于鎖頻的鎖定用激光就是發(fā)射進(jìn)入大氣的532nm或355nm脈沖激光，測(cè)量脈沖光光強(qiáng)時(shí)，測(cè)量信噪比低；而且由于脈沖的上升和下降時(shí)間很快，通常的探測(cè)器響應(yīng)時(shí)間跟不上，會(huì)導(dǎo)致對(duì)脈沖波形的測(cè)量失真，準(zhǔn)確性差，這些缺點(diǎn)就會(huì)導(dǎo)致測(cè)量的透過(guò)率精度和準(zhǔn)確性低，進(jìn)一步導(dǎo)致雷達(dá)系統(tǒng)測(cè)量精度低
發(fā)明內(nèi)容
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本發(fā)明的目的是提供一種基于種子注入式激光器的種子光進(jìn)行激光頻率鎖定的裝置，可以提升頻率鎖定中光強(qiáng)測(cè)量的信噪比和準(zhǔn)確性，進(jìn)而提高瑞利測(cè)風(fēng)激光雷達(dá)系統(tǒng)的測(cè)量精度。
本發(fā)明的目的是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的一種基于種子注入式激光器的種子光進(jìn)行激光頻率鎖定的裝置，所述裝置包括種子注入式激光器，電光調(diào)制器，可調(diào)諧式F-P標(biāo)準(zhǔn)具，分束片，光電探測(cè)器，數(shù)據(jù)采集與分析單元，F(xiàn)-P標(biāo)準(zhǔn)具控制器，其中所述種子注入式激光器，用于輸出1064nm的連續(xù)種子激光；所述可調(diào)諧式F-P標(biāo)準(zhǔn)具針對(duì)種子激光的1064nm波長(zhǎng)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)具的鎖定通道參數(shù)，并針對(duì)532nm或355nm的工作波長(zhǎng)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)具的兩個(gè)信號(hào)通道參數(shù)，且三個(gè)通道的頻譜相對(duì)位置滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求鎖定通道頻譜的半高位置與兩個(gè)信號(hào)通道頻譜交點(diǎn)位置的橫坐標(biāo)相同；所述電光調(diào)制器，用于在頻率鎖定操作前，對(duì)所述種子注入式激光器輸出的激光頻率進(jìn)行調(diào)制，使所述可調(diào)諧式F-P標(biāo)準(zhǔn)具三個(gè)通道的頻譜相對(duì)位置滿(mǎn)足上述設(shè)計(jì)要求，且在滿(mǎn)足上述設(shè)計(jì)要求時(shí)種子激光在所述鎖定通道上的透過(guò)率值即為鎖頻基準(zhǔn)值；在頻率鎖定操作時(shí)，所述1064nm的連續(xù)種子激光分出一部分用作鎖定用激光，該鎖定用激光經(jīng)過(guò)所述電光調(diào)制器后，通過(guò)所述分束片按照一定的比例分割為兩部分，一部分直接進(jìn)入一個(gè)光電探測(cè)器，測(cè)量其光強(qiáng)；另一部分用透鏡轉(zhuǎn)化成平行光的形式，入射進(jìn)所述可調(diào)諧式F-P標(biāo)準(zhǔn)具的鎖定通道，通過(guò)該可調(diào)諧式F-P標(biāo)準(zhǔn)具之后，再用另一個(gè)光電探測(cè)器測(cè)量其光強(qiáng)；所述數(shù)據(jù)采集與分析單元，用于根據(jù)該鎖定用激光的分割比例，以及采集到的兩個(gè)光電探測(cè)器的測(cè)量值，得到該鎖定用激光在所述可調(diào)諧式F-P標(biāo)準(zhǔn)具鎖定通道上的透過(guò)率實(shí)測(cè)值，將該實(shí)測(cè)值與所述鎖頻基準(zhǔn)值比較，若有差別，則控制所述F-P標(biāo)準(zhǔn)具控制器進(jìn)行調(diào)節(jié)；所述F-P標(biāo)準(zhǔn)具控制器，用于根據(jù)指令調(diào)節(jié)所述可調(diào)諧式F-P標(biāo)準(zhǔn)具，使所述透過(guò)率實(shí)測(cè)值保持在所述鎖頻基準(zhǔn)值。所述裝置還包括頻譜圖繪制單元，用于在頻率鎖定操作前，對(duì)所述可調(diào)諧式F-P標(biāo)準(zhǔn)具三個(gè)通道的透過(guò)率曲線(xiàn)進(jìn)行掃描，計(jì)算在不同腔長(zhǎng)下種子激光在該三個(gè)通道上的透過(guò)率，并據(jù)此繪制出所述可調(diào)諧式F-P標(biāo)準(zhǔn)具的頻譜圖。所述可調(diào)諧式F-P標(biāo)準(zhǔn)具的腔長(zhǎng)通過(guò)壓電陶瓷控制以進(jìn)行精細(xì)調(diào)節(jié)。所述F-P標(biāo)準(zhǔn)具控制器進(jìn)一步根據(jù)指令調(diào)節(jié)所述可調(diào)諧式F-P標(biāo)準(zhǔn)具中的壓電陶瓷，調(diào)節(jié)所述可調(diào)諧式F-P標(biāo)準(zhǔn)具的腔長(zhǎng)，使所述可調(diào)諧式F-P標(biāo)準(zhǔn)具上三個(gè)通道的頻譜整體偏移，以使所述透過(guò)率實(shí)測(cè)值保持在所述鎖頻基準(zhǔn)值。由上述本發(fā)明提供的技術(shù)方案可以看出，所述裝置包括種子注入式激光器，電光調(diào)制器，可調(diào)諧式F-P標(biāo)準(zhǔn)具，分束片，光電探測(cè)器，數(shù)據(jù)采集與分析單元，F(xiàn)-P標(biāo)準(zhǔn)具控制器，其中所述種子注入式激光器，用于輸出1064nm的連續(xù)種子激光；所述可調(diào)諧式F-P標(biāo)準(zhǔn)具針對(duì)種子激光的1064nm波長(zhǎng)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)具的鎖定通道參數(shù)，并針對(duì)532nm或355nm的工作波長(zhǎng)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)具的兩個(gè)信號(hào)通道參數(shù)，且三個(gè)通道的頻譜相對(duì)位置滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求鎖定通道頻譜的半高位置與兩個(gè)信號(hào)通道頻譜交點(diǎn)位置的橫坐標(biāo)相同；所述電光調(diào)制器，用于在頻率鎖定操作前，對(duì)所述種子注入式激光器輸出的激光頻率進(jìn)行調(diào)制，使所述可調(diào)諧式F-P標(biāo)準(zhǔn)具三個(gè)通道的頻譜相對(duì)位置滿(mǎn)足上述設(shè)計(jì)要求，且在滿(mǎn)足上述設(shè)計(jì)要求時(shí)種子激光在所述鎖定通道上的透過(guò)率值即為鎖頻基準(zhǔn)值；在頻率鎖定操作時(shí)，所述1064nm的連續(xù)種子激光分出一部分用作鎖定用激光，該鎖定用激光經(jīng)過(guò)所述電光調(diào)制器后，通過(guò)所述分束片按照一定的比例 分割為兩部分，一部分直接進(jìn)入一個(gè)光電探測(cè)器，測(cè)量其光強(qiáng)；另一部分用透鏡轉(zhuǎn)化成平行光的形式，入射進(jìn)所述可調(diào)諧式F-P標(biāo)準(zhǔn)具的鎖定通道，通過(guò)該可調(diào)諧式F-P標(biāo)準(zhǔn)具之后，再用另一個(gè)光電探測(cè)器測(cè)量其光強(qiáng)；所述數(shù)據(jù)采集與分析單元，用于根據(jù)該鎖定用激光的分割比例，以及采集到的兩個(gè)光電探測(cè)器的測(cè)量值，得到該鎖定用激光在所述可調(diào)諧式F-P標(biāo)準(zhǔn)具鎖定通道上的透過(guò)率實(shí)測(cè)值，將該實(shí)測(cè)值與所述鎖頻基準(zhǔn)值比較，若有差別，則控制所述F-P標(biāo)準(zhǔn)具控制器進(jìn)行調(diào)節(jié)；所述F-P標(biāo)準(zhǔn)具控制器，用于根據(jù)指令調(diào)節(jié)所述可調(diào)諧式F-P標(biāo)準(zhǔn)具，使所述透過(guò)率實(shí)測(cè)值保持在所述鎖頻基準(zhǔn)值。通過(guò)上述裝置就可以提升頻率鎖定中光強(qiáng)測(cè)量的信噪比和準(zhǔn)確性，進(jìn)而提高瑞利測(cè)風(fēng)激光雷達(dá)系統(tǒng)的測(cè)量精度。


為了更清楚地說(shuō)明本發(fā)明實(shí)施例的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例描述中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見(jiàn)地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他附圖。圖I為現(xiàn)有技術(shù)中F-P標(biāo)準(zhǔn)具三個(gè)通道的頻譜曲線(xiàn)的示意圖；圖2為本發(fā)明實(shí)施例所提供的激光頻率鎖定的裝置結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為本發(fā)明實(shí)施例所述可調(diào)諧式F-P標(biāo)準(zhǔn)具的頻譜示意圖；圖4為本發(fā)明所提供具體實(shí)例的裝置結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒(méi)有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。下面將結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明實(shí)施例作進(jìn)一步地詳細(xì)描述，如圖2所示為本發(fā)明實(shí)施例所提供的激光頻率鎖定裝置的結(jié)構(gòu)示意圖，圖2中所述裝置包括種子注入式激光器1，電光調(diào)制器2，可調(diào)諧式F-P標(biāo)準(zhǔn)具3，分束片4，光電探測(cè)器5和6，數(shù)據(jù)采集與分析單元7，F(xiàn)-P標(biāo)準(zhǔn)具控制器8，其中種子注入式(Nd = YAG)激光器I，用于輸出1064nm的連續(xù)種子激光；可調(diào)諧式F-P標(biāo)準(zhǔn)具3針對(duì)種子激光的1064nm波長(zhǎng)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)具的鎖定通道參數(shù)，并針對(duì)532nm或355nm的工作波長(zhǎng)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)具的兩個(gè)信號(hào)通道參數(shù)，且三個(gè)通道的頻譜相對(duì)位置滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求鎖定通道頻譜的半高位置與兩個(gè)信號(hào)通道頻譜交點(diǎn)位置的橫坐標(biāo)相同。另外，在具體實(shí)現(xiàn)過(guò)程中上述種子激光的中心頻率(1064nm)與工作激光(532nm或355nm脈沖激光)的中心頻率滿(mǎn)足嚴(yán)格的2倍或3倍關(guān)系，在此基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)鎖定通道、信號(hào)通道的鍍膜厚度差，具體設(shè)計(jì)方法與現(xiàn)有技術(shù)方法相同。電光調(diào)制器2，用于在頻率鎖定操作前，對(duì)所述種子注入式激光器I輸出的激光頻率進(jìn)行調(diào)制，使所述可調(diào)諧式F-P標(biāo)準(zhǔn)具3三個(gè)通道的頻譜相對(duì)位置滿(mǎn)足上述設(shè)計(jì)要求，且在滿(mǎn)足上述設(shè)計(jì)要求時(shí)種子激光在所述鎖定通道上的透過(guò)率值即為鎖頻基準(zhǔn)值。在頻率鎖定操作時(shí)，上述1064nm的連續(xù)種子激 光分出一部分用作鎖定用激光，該鎖定用激光經(jīng)過(guò)所述電光調(diào)制器2后，通過(guò)所述分束片4按照一定的比例分割為兩部分，一部分直接進(jìn)入一個(gè)光電探測(cè)器5，測(cè)量其光強(qiáng)；另一部分用透鏡轉(zhuǎn)化成平行光的形式，入射進(jìn)所述可調(diào)諧式F-P標(biāo)準(zhǔn)具3的鎖定通道，通過(guò)該可調(diào)諧式F-P標(biāo)準(zhǔn)具3之后，再用另一個(gè)光電探測(cè)器6測(cè)量其光強(qiáng)。數(shù)據(jù)采集與分析單元7，用于根據(jù)該鎖定用激光的分割比例，以及采集到的兩個(gè)光電探測(cè)器的測(cè)量值，得到該鎖定用激光在所述可調(diào)諧式F-P標(biāo)準(zhǔn)具3鎖定通道上的透過(guò)率實(shí)測(cè)值，將該實(shí)測(cè)值與所述鎖頻基準(zhǔn)值比較，若有差別，則控制所述F-P標(biāo)準(zhǔn)具控制器8進(jìn)行調(diào)節(jié)。F-P標(biāo)準(zhǔn)具控制器8，用于根據(jù)指令調(diào)節(jié)所述可調(diào)諧式F-P標(biāo)準(zhǔn)具3，使標(biāo)準(zhǔn)具跟隨這個(gè)變化，使所述透過(guò)率實(shí)測(cè)值保持在所述鎖頻基準(zhǔn)值，實(shí)現(xiàn)頻率鎖定。在具體實(shí)現(xiàn)過(guò)程中，上述可調(diào)諧式F-P標(biāo)準(zhǔn)具3的腔長(zhǎng)可以通過(guò)壓電陶瓷控制以進(jìn)行精細(xì)調(diào)節(jié)，而F-P標(biāo)準(zhǔn)具控制器8進(jìn)一步可以根據(jù)指令調(diào)節(jié)所述可調(diào)諧式F-P標(biāo)準(zhǔn)具3中的壓電陶瓷，從而調(diào)節(jié)所述可調(diào)諧式F-P標(biāo)準(zhǔn)具3的腔長(zhǎng)，使所述可調(diào)諧式F-P標(biāo)準(zhǔn)具3上三個(gè)通道的頻譜整體偏移，以使所述透過(guò)率實(shí)測(cè)值保持在所述鎖頻基準(zhǔn)值。另外，上述裝置還可以包括頻譜圖繪制單元，用于在頻率鎖定操作前，對(duì)所述可調(diào)諧式F-P標(biāo)準(zhǔn)具三個(gè)通道的透過(guò)率曲線(xiàn)進(jìn)行掃描，計(jì)算在不同腔長(zhǎng)下種子激光在該三個(gè)通道上的透過(guò)率，并據(jù)此繪制出所述可調(diào)諧式F-P標(biāo)準(zhǔn)具的頻譜圖，如圖3所示為本發(fā)明實(shí)施例所述可調(diào)諧式F-P標(biāo)準(zhǔn)具的頻譜示意圖，圖3中的激光頻率(11)是種子激光的激光頻率，即1064nm。下面以具體的實(shí)例來(lái)對(duì)本發(fā)明所述的裝置進(jìn)行說(shuō)明，如圖4所示為本發(fā)明所提供具體實(shí)例的裝置結(jié)構(gòu)示意圖，圖4中電光調(diào)制器(6)的頻率調(diào)制范圍是0-2GHz。可調(diào)諧式F-P標(biāo)準(zhǔn)具(7)的整體腔長(zhǎng)12. 5cm, 2個(gè)信號(hào)通道一個(gè)不鍍膜、一個(gè)鍍70納米厚的高反射膜，鎖定通道鍍28納米厚的高反射膜，該標(biāo)準(zhǔn)具的腔長(zhǎng)可通過(guò)壓電陶瓷控制并作精細(xì)的腔長(zhǎng)調(diào)節(jié)。在鎖頻操作前，首先對(duì)可調(diào)諧式F-P標(biāo)準(zhǔn)具(7)的三個(gè)通道進(jìn)行透過(guò)率掃描，若發(fā)現(xiàn)鎖定通道頻譜與信號(hào)通道頻譜相對(duì)位置與理論設(shè)計(jì)有偏差，則調(diào)節(jié)電光調(diào)制器(6)，對(duì)出射的基頻光加以一定的頻移，以使可調(diào)諧式F-P標(biāo)準(zhǔn)具(7)的鎖定通道的頻譜的半高位置與兩信號(hào)通道的頻譜交點(diǎn)位置頻率坐標(biāo)相同，并得出此時(shí)激光在鎖定通道上的透過(guò)率作為鎖頻基準(zhǔn)值。在鎖頻操作時(shí)，使用1X2光纖(13)將本應(yīng)該全部由種子激光器(5)注入主激光器(12)的種子激光分出一部分作為鎖定用激光，該鎖定用激光經(jīng)過(guò)電光調(diào)制器(6)后，通過(guò)透鏡(14)進(jìn)行準(zhǔn)直，將其轉(zhuǎn)變?yōu)槠叫泄狻?br> 然后，該束平行光在進(jìn)入可調(diào)諧式F-P標(biāo)準(zhǔn)具(7)前使用分束片(15)分出一定比例的光經(jīng)過(guò)聚焦透鏡(16)后耦合進(jìn)一個(gè)工作波長(zhǎng)范圍覆蓋1064nm的光電探測(cè)器(17)由光電探測(cè)器(17)測(cè)量光強(qiáng)；另一部分通過(guò)可調(diào)諧式F-P標(biāo)準(zhǔn)具(7)的鎖定通道(如圖4中虛線(xiàn)所示)后，再通過(guò)聚焦透鏡(18)耦合進(jìn)一個(gè)相同的光電探測(cè)器(19)測(cè)量光強(qiáng)。數(shù)據(jù)采集與分析系統(tǒng)細(xì)分為數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)(8)_1和計(jì)算機(jī)分析系統(tǒng)(8)_2，如圖4所示數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)⑶-I收集兩個(gè)光電探測(cè)器(17和19)的測(cè)量數(shù)據(jù)，傳到計(jì)算機(jī)分析系統(tǒng)(8)-2中；計(jì)算機(jī)分析系統(tǒng)(8)-2根據(jù)兩個(gè)探測(cè)器的測(cè)量值相比，以及分束片(15)的分束比例，計(jì)算出當(dāng)前種子激光在可調(diào)諧式F-P標(biāo)準(zhǔn)具(7)鎖定通道上的透過(guò)率實(shí)測(cè)值，將該實(shí)測(cè)值與鎖頻基準(zhǔn)值進(jìn)行比較，得出可調(diào)諧式F-P標(biāo)準(zhǔn)具(7)需要調(diào)節(jié)的腔長(zhǎng)方向和大小。計(jì)算機(jī)分析系統(tǒng)(8)-2再將計(jì)算出的結(jié)果送給標(biāo)準(zhǔn)具控制器(9)，由標(biāo)準(zhǔn)具控制器(9)控制可調(diào)諧式F-P標(biāo)準(zhǔn)具(7)中的壓電陶瓷，使平板移動(dòng)，可調(diào)諧式F-P標(biāo)準(zhǔn)具(7)上的三個(gè)通道頻譜整體偏移，以使種子激光在鎖定通道上的透過(guò)率值重新回到鎖頻基準(zhǔn)值，實(shí)現(xiàn)頻率鎖定。通過(guò)上述實(shí)施例所述的裝置就可以提升頻率鎖定中光強(qiáng)測(cè)量的信噪比和準(zhǔn)確性，進(jìn)而提高瑞利測(cè)風(fēng)激光雷達(dá)系統(tǒng)的測(cè)量精度，具體來(lái)說(shuō)本發(fā)明采用1064nm連續(xù)光進(jìn)行頻率鎖定，在同樣的測(cè)量時(shí)間內(nèi)，有信號(hào)時(shí)間較現(xiàn)有技術(shù)使用脈沖光進(jìn)行頻率鎖定的方案有極大提高，而增加有信號(hào)時(shí)間相當(dāng)于進(jìn)行了多次測(cè)量，此舉會(huì)極大的提高信噪比。SNRnet = ^NSNR(I)式(I)中SNRnet是多次測(cè)量的凈信噪比；N是獨(dú)立測(cè)量的次數(shù)；SNR是單次測(cè)量的信噪比。測(cè)量光強(qiáng)時(shí)，有信號(hào)時(shí)間就是測(cè)量時(shí)間，而使用脈沖光進(jìn)行頻率鎖定時(shí)，脈沖光脈寬是納秒量級(jí)，脈沖重復(fù)頻率只有幾十赫茲，以脈寬20納秒，脈沖重復(fù)頻率50赫茲為例，則連續(xù)測(cè)量相比脈沖測(cè)量信噪比提升了 1000倍，提升了頻率鎖定中光強(qiáng)測(cè)量的信噪比。同時(shí)，由于本發(fā)明對(duì)連續(xù)光進(jìn)行光強(qiáng)測(cè)量，光信號(hào)強(qiáng)度在短時(shí)間內(nèi)沒(méi)有大的跳變，探測(cè)器響應(yīng)時(shí)間不夠快而造成測(cè)量波形失真的情況不會(huì)發(fā)生。以上所述，僅為本發(fā)明較佳的具體實(shí)施方式
，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此， 任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明披露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到的變化或替換，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)該以權(quán)利要求書(shū)的保護(hù)范圍為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
1.一種基于種子注入式激光器的種子光進(jìn)行激光頻率鎖定的裝置，其特征在于，所述裝置包括種子注入式激光器，電光調(diào)制器，可調(diào)諧式F-P標(biāo)準(zhǔn)具，分束片，光電探測(cè)器，數(shù)據(jù)采集與分析單元，F(xiàn)-P標(biāo)準(zhǔn)具控制器，其中 所述種子注入式激光器，用于輸出1064nm的連續(xù)種子激光； 所述可調(diào)諧式F-P標(biāo)準(zhǔn)具針對(duì)種子激光的1064nm波長(zhǎng)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)具的鎖定通道參數(shù)，并針對(duì)532nm或355nm的工作波長(zhǎng)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)具的兩個(gè)信號(hào)通道參數(shù)，且三個(gè)通道的頻譜相對(duì)位置滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求鎖定通道頻譜的半高位置與兩個(gè)信號(hào)通道頻譜交點(diǎn)位置的橫坐標(biāo)相同； 所述電光調(diào)制器，用于在頻率鎖定操作前，對(duì)所述種子注入式激光器輸出的激光頻率進(jìn)行調(diào)制，使所述可調(diào)諧式F-P標(biāo)準(zhǔn)具三個(gè)通道的頻譜相對(duì)位置滿(mǎn)足上述設(shè)計(jì)要求，且在滿(mǎn)足上述設(shè)計(jì)要求時(shí)種子激光在所述鎖定通道上的透過(guò)率值即為鎖頻基準(zhǔn)值； 在頻率鎖定操作時(shí)，所述1064nm的連續(xù)種子激光分出一部分用作鎖定用激光，該鎖定用激光經(jīng)過(guò)所述電光調(diào)制器后，通過(guò)所述分束片按照一定的比例分割為兩部分，一部分直接進(jìn)入一個(gè)光電探測(cè)器，測(cè)量其光強(qiáng)；另一部分用透鏡轉(zhuǎn)化成平行光的形式，入射進(jìn)所述可調(diào)諧式F-P標(biāo)準(zhǔn)具的鎖定通道，通過(guò)該可調(diào)諧式F-P標(biāo)準(zhǔn)具之后，再用另一個(gè)光電探測(cè)器測(cè)量其光強(qiáng); 所述數(shù)據(jù)采集與分析單元，用于根據(jù)該鎖定用激光的分割比例，以及采集到的兩個(gè)光電探測(cè)器的測(cè)量值，得到該鎖定用激光在所述可調(diào)諧式F-P標(biāo)準(zhǔn)具鎖定通道上的透過(guò)率實(shí)測(cè)值，將該實(shí)測(cè)值與所述鎖頻基準(zhǔn)值比較，若有差別，則控制所述F-P標(biāo)準(zhǔn)具控制器進(jìn)行調(diào)節(jié); 所述F-P標(biāo)準(zhǔn)具控制器，用于根據(jù)指令調(diào)節(jié)所述可調(diào)諧式F-P標(biāo)準(zhǔn)具，使所述透過(guò)率實(shí)測(cè)值保持在所述鎖頻基準(zhǔn)值。
2.如權(quán)利要求I所述的基于種子注入式激光器的種子光進(jìn)行激光頻率鎖定的裝置，其特征在于，所述裝置還包括 頻譜圖繪制單元，用于在頻率鎖定操作前，對(duì)所述可調(diào)諧式F-P標(biāo)準(zhǔn)具三個(gè)通道的透過(guò)率曲線(xiàn)進(jìn)行掃描，計(jì)算在不同腔長(zhǎng)下種子激光在該三個(gè)通道上的透過(guò)率，并據(jù)此繪制出所述可調(diào)諧式F-P標(biāo)準(zhǔn)具的頻譜圖。
3.如權(quán)利要求I所述的基于種子注入式激光器的種子光進(jìn)行激光頻率鎖定的裝置，其特征在于， 所述可調(diào)諧式F-P標(biāo)準(zhǔn)具的腔長(zhǎng)通過(guò)壓電陶瓷控制以進(jìn)行精細(xì)調(diào)節(jié)。
4.如權(quán)利要求I或3所述的基于種子注入式激光器的種子光進(jìn)行激光頻率鎖定的裝置，其特征在于， 所述F-P標(biāo)準(zhǔn)具控制器進(jìn)一步根據(jù)指令調(diào)節(jié)所述可調(diào)諧式F-P標(biāo)準(zhǔn)具中的壓電陶瓷，調(diào)節(jié)所述可調(diào)諧式F-P標(biāo)準(zhǔn)具的腔長(zhǎng)，使所述可調(diào)諧式F-P標(biāo)準(zhǔn)具上三個(gè)通道的頻譜整體偏移，以使所述透過(guò)率實(shí)測(cè)值保持在所述鎖頻基準(zhǔn)值。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種基于種子注入式激光器的種子光進(jìn)行激光頻率鎖定的裝置。所述裝置包括種子注入式激光器，電光調(diào)制器，可調(diào)諧式F-P標(biāo)準(zhǔn)具，分束片，光電探測(cè)器，數(shù)據(jù)采集與分析單元，F(xiàn)-P標(biāo)準(zhǔn)具控制器，其中所述種子注入式激光器，用于輸出1064nm的連續(xù)種子激光；數(shù)據(jù)采集與分析單元根據(jù)鎖定用激光的分割比例，以及采集到的兩個(gè)光電探測(cè)器的測(cè)量值，得到該鎖定用激光在所述可調(diào)諧式F-P標(biāo)準(zhǔn)具鎖定通道上的透過(guò)率實(shí)測(cè)值，將該實(shí)測(cè)值與鎖頻基準(zhǔn)值比較，若有差別，則控制所述F-P標(biāo)準(zhǔn)具控制器進(jìn)行調(diào)節(jié)，使所述透過(guò)率實(shí)測(cè)值保持在所述鎖頻基準(zhǔn)值。通過(guò)上述裝置就可以提升頻率鎖定中光強(qiáng)測(cè)量的信噪比和準(zhǔn)確性，進(jìn)而提高瑞利測(cè)風(fēng)激光雷達(dá)系統(tǒng)的測(cè)量精度。
文檔編號(hào)H01S3/10GK102623880SQ20121007129
公開(kāi)日2012年8月1日 申請(qǐng)日期2012年3月16日 優(yōu)先權(quán)日2012年3月16日
發(fā)明者夏海云, 孫東松, 竇賢康, 胡冬冬, 薛向輝, 陳廷娣 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)