专利名称：基于单厚度空气隙法柏干涉仪的双边缘测风激光雷达的鉴频系统及该鉴频系统实现鉴频方法
技术领域：
本发明属于激光雷达技术领域，具体涉及激光雷达的鉴频技术。
背景技术：
直接探测多普勒激光雷达是一种可以对全球大气风场进行探测的系统。其工作方式主要包括基于菲索干涉仪的条纹成像技术和基于法柏干涉仪的双边缘技术等。其中双边缘技术由于相对成本低精度高等特点受到很多的关注。但是通常的双边缘系统是把同一个空气隙法柏干涉仪分成两个不同区域，并利用镀膜技术使这两个区域拥有几十纳米量级的厚度差，这样就构造了两个信号通道从而构造双边缘结构。但此种方法就需要整倍增大F-P干涉仪的面积以及精确的在纳米量级控制两个通道的厚度差，从而增加了 FP干涉仪的加工难度和成本。于是有人提出利用单厚度固体法柏干涉仪，通过改变光束的入射方向来构造双边缘系统。这样就解决高成本和加工难度的问题。此种方法利用整体改变两束光的入射角度来进行工作点的锁定，但整个鉴频曲线F-P透过率曲线的形状会随入射角度而变化，所以很难得到应用，而且此种方的两个通道的峰值透过率严重不对称，也会使它的测量精度会低于空气隙双厚度隙法柏干涉仪的测量精度。现有利用单厚度固体法柏干涉仪的测风激光雷达鉴频系统及其实现方法存在的问题是，在对激光频率进行锁定时鉴频曲线形状会发生变化，很难将此种方法在实际中进行应用，且两个通道的光束透过率不对称造成测量精度低。

发明内容
本发明为了解决现有的单厚度固体法柏干涉仪的测风激光雷达鉴频系统，由于两个通道的光束透过率不对称造成测量精度低的问题，提出了基于单厚度空气隙法柏干涉仪的双边缘测风激光雷达的鉴频系统及该鉴频系统实现鉴频方法。基于单厚度空气隙法柏干涉仪的双边缘测风激光雷达的鉴频系统，该系统包括多模光纤、一号扩束镜、一号偏振分棱镜、一号全反射镜、一号分束镜、一号聚焦透镜、一号光电倍增管、二号分束镜、二号聚焦透镜、二号光电倍增管、二号扩束镜、二号全反射镜、二号偏振分光棱镜、单厚度空气隙法柏干涉仪、三号偏振分光棱镜、三号聚焦透镜、三号光电倍增管、四号聚焦透镜和四号光电倍增管；所述多模光纤导入的激光束入射到一号扩束镜，经扩束后的激光束经一号偏振分光棱镜分为P光束和S光束，P光束经一号全反射镜反射至一号分束镜，经一号分束镜反射的P光束经一号聚焦透镜汇聚并入射到一号光电倍增管的光接收端，经一号分束镜透射的P光束入射至二号偏振分光棱镜；经一号偏振分光棱镜分出的S光束经二号分束镜反射的S光束经二号聚焦透镜汇聚并入射到二号光电倍增管的光接收端，经二号分束镜透射的S光束经二号扩束镜扩束后入射至二号全反射镜，经二号全反射镜反射的S光束入射至二号偏振分光棱镜；
经二号偏振分光棱镜透射的P光束与反射的S光束合束后经单厚度空气隙法柏干涉仪干涉后的光束入射到三号偏振分光棱镜，经三号偏振分光棱镜分出的P光束经三号聚焦透镜汇聚并入射至三号光电倍增管的光接收端，经三号偏振分光棱镜分出的S光经三号聚焦透镜汇聚并入射至四号光电倍增管的光接收端；经二号偏振分光棱镜后的P光束与S光束一起经单厚度空气隙法柏干涉仪14干涉后的光束入射到三号偏振分光棱镜，经三号偏振分光棱镜分出的P光束经三号聚焦透镜汇聚并入射至三号光电倍增管的光接收端，经三号偏振分光棱镜分出的S光经三号聚焦透镜汇聚并入射至四号光电倍增管的光接收端；采用上述基于单厚度空气隙法柏干涉仪的双边缘测风激光雷达的鉴频系统实现鉴频的方法，该方法包括以下步骤:步骤一、利用多模光纤将大气回波光束或雷达射出的激光束导入基于单厚度空气隙法柏干涉仪的双边缘测风激光雷达的鉴频系统；步骤二、一号光电倍增管对经一号偏振分光棱镜获得的P光束进行能量检测，获得此时P光信号的信号值SI，同时二号光电倍增管对经一号偏振分光棱镜获得的S光束进行能量检测，获得此时S光信号的信号值S2;步骤三、调节一号全反射镜使入射一号全反射镜的P光束经一号分束镜和二号偏振分光棱镜垂直入射至单厚度空气隙法柏干涉仪；调节二号全反射镜使入射二号全反射镜的S光束经二号偏振分光棱镜以
1.3Imrad入射至单厚度空气隙法柏干涉仪；步骤四、三号光电倍增管对经三号偏振分光棱镜后的P光束进行能量检测，获得经单厚度空气隙法柏干涉仪干涉后的P光信号的信号值S3 ；同时四号光电倍增管对经三号偏振分光棱镜后的S光束进行能量检测，获得经单厚度空气隙法柏干涉仪干涉后的S光信号的信号值S4 ；步骤五、利用步骤四获得的P光束的信号值S3与步骤二获得P光束的信号值SI，通过公式:
权利要求
1.基于单厚度空气隙法柏干涉仪的双边缘测风激光雷达的鉴频系统，其特征在于，该系统包括多模光纤(I)、一号扩束镜(2)、一号偏振分棱镜(3)、一号全反射镜(4)、一号分束镜(5)、一号聚焦透镜(6)、一号光电倍增管(7)、二号分束镜(8)、二号聚焦透镜(9)、二号光电倍增管(10)、二号扩束镜(11)、二号全反射镜(12)、二号偏振分光棱镜(13)、单厚度空气隙法柏干涉仪(14)、三号偏振分光棱镜(15)、三号聚焦透镜(16)、三号光电倍增管(17)、四号聚焦透镜(18)和四号光电倍增管(19)； 所述多模光纤(I)导入的激光束入射到一号扩束镜(2),经扩束后的激光束经一号偏振分光棱镜(3)分为P光束和S光束，P光束经一号全反射镜(4)反射至一号分束镜(5),经一号分束镜(5)反射的P光束经一号聚焦透镜(6)汇聚并入射到一号光电倍增管(7)的光接收端，经一号分束镜(5)透射的P光束入射至二号偏振分光棱镜(13)； 经一号偏振分光棱镜(3)分出的S光束经二号分束镜(8)反射的S光束经二号聚焦透镜(9)汇聚并入射到二号光电倍增管(10)的光接收端，经二号分束镜(8)透射的S光束经二号扩束镜(11)扩束后入射至二号全反射镜(12)，经二号全反射镜(12)反射的S光束入射至二号偏振分光棱镜(13)； 经二号偏振分光棱镜(13)透射的P光束与反射的S光束合束后经单厚度空气隙法柏干涉仪(14)干涉后的光束入射到三号偏振分光棱镜(15),经三号偏振分光棱镜(15)分出的P光束经三号聚焦透镜(16)汇聚并入射至三号光电倍增管(17)的光接收端，经三号偏振分光棱镜(15)分出的S光经三号聚焦透镜(18)汇聚并入射至四号光电倍增管(19)的光接收端。
2.根据权利要求1所述的基于单厚度空气隙法柏干涉仪的双边缘测风激光雷达的鉴频系统，其特征在于，所述一号分束镜(5)和二号分束镜(8)的反射率均为20%。
3.权利要求1所述的基于单厚度空气隙法柏干涉仪的双边缘测风激光雷达的鉴频系统实现鉴频的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤: 步骤一、利用多模光纤(I)将大气回波光束或雷达射出的激光束导入基于单厚度法柏干涉仪的双边缘测风激光雷达的鉴频系统； 步骤二、一号光电倍增管(7)对经一号偏振分光棱镜(3)获得的P光束进行能量检测，获得此时P光信号的信号值SI， 同时二号光电倍增管(10)对经一号偏振分光棱镜(3)获得的S光束进行能量检测,获得此时S光信号的信号值S2; 步骤三、调节一号全反射镜(4)使入射一号全反射镜(4)的P光束经一号分束镜(5)和二号偏振分光棱镜(13)垂直入射至单厚度法柏干涉仪(14)； 调节二号全反射镜(12)使入射二号全反射镜(12)的S光束经二号偏振分光棱镜(13)以1.31mrad入射至单厚度法柏干涉仪(14)； 步骤四、三号光电倍增管(17)对经三号偏振分光棱镜(15)后的P光束进行能量检测，获得经单厚度法柏干涉仪(14)干涉后的P光信号的信号值S3 ； 同时四号光电倍增管(19)对经三号偏振分光棱镜(15)后的S光束进行能量检测,获得经单厚度法柏干涉仪(14)干涉后的S光信号的信号值S4 ； 步骤五、利用步骤四获得的P光束的信号值S3与步骤二获得P光束的信号值SI，通过
4.根据利要求3所述的基于单厚度空气隙法柏干涉仪的双边缘测风激光雷达的鉴频系统实现鉴频的方法，其特征在于，步骤七所述的通过步骤五检测获得的S光束透过率T1和P光束透过率T2，以步骤六锁定的工作点为参照点，检测入射系统的大气回波光束或雷达射出的激光束的频率移动量，实现对大气回波光束或雷达射出的激光束的鉴频通过公式:
全文摘要
基于单厚度空气隙法柏干涉仪的双边缘测风激光雷达的鉴频系统及该鉴频系统实现鉴频方法，本发明属于激光雷达技术领域，具体涉及激光雷达的鉴频技术。本发明所述鉴频系统及鉴频方法为用一个偏振分光棱镜将一束光分成两束，两个光电倍增管分别对两束光进行检测，扩束镜对其中一束光进行扩束，再用偏振分光棱镜将两束光合束，经单厚度空气隙法柏干涉仪后，用两个全反射镜对两束入射单厚度空气隙法柏干涉仪的光束角度进行调节，构造双边缘结构，用偏振分光棱镜对经干涉仪后的光束进行分光，再用两个光电倍增管对光束进行检测，通过光电倍增管检测光束的信号值获得法柏干涉仪的透过率，根据透过率变化获得频移量，实现鉴频。本发明适用于激光鉴频领域。
文档编号G01J9/02GK103162847SQ201310106318
公开日2013年6月19日 申请日期2013年3月29日 优先权日2013年3月29日
发明者曲彦臣, 杜军, 赵卫疆, 任德明, 耿利杰 申请人:哈尔滨工业大学