基于双级联F-P干涉仪和多纵模激光的高光谱分辨率测温激光雷达系统

基于双级联f-p干涉仪和多纵模激光的高光谱分辨率测温激光雷达系统
技术领域
1.本发明涉及一种可高精度探测对流层大气温度和气溶胶的激光雷达系统，特别涉及一种基于双级联f-p干涉仪和多纵模激光的高光谱分辨率测温激光雷达系统。


背景技术：

2.大气温度是研究大气温室效应、城市热岛效应、逆温层、地球重力波等典型问题的重要参数，是测量影响大气降水及气溶胶分布的相对水蒸气的必要参数。研究探测精度高、时空分辨率高、环境适应性强、成本低的大气温度探测技术具有重要的科学意义和实际应用价值。测温激光雷达在探测高度、垂直跨度、空间分辨率、测量连续性和精度等方面具有明显的优势，是目前进行大气温度遥感探测的最有力工具之一。激光雷达探测大气温度的方法主要有瑞利散射积分法、差分吸收法、瑞利散射光谱分析法和转动拉曼散射法等。瑞利散射积分法是通过直接探测大气密度，再利用气体状态方程得到大气温度分布，其只适合测量30km以上的中层大气。差分吸收法对激光频率线宽和待测气体浓度稳定性要求高，测量精度较低、系统复杂、成本较高。瑞利散射光谱分析法对激光频率线宽和稳定性要求也很高，同时需借助高性能的干涉仪检测散射光谱信息以达到测量目的。转动拉曼散射法利用n2或o2气体分子的转动拉曼散射谱线强度与大气温度的依赖关系测量大气温度，但拉曼散射的信号强度比米和瑞利散射要低3～4个数量级，需采用种子光注入的高功率激光器、大孔径望远镜及高精度高效率的分光镜以保证测量精度，系统复杂、成本高。
3.由此可见，除了瑞利散射积分法，传统的基于差分吸收法、瑞利散射光谱分析法或转动喇曼散射法的测温激光雷达都需采用窄线宽的单纵模激光源。然而，目前要做到完全的单纵模输出，激光器大都采用种子注入技术，这样的激光系统不仅体积大、成本高，而且需要对谐振腔的腔长及脉冲建立时间等参数进行精确控制，环境适应性较差，不利于测温激光雷达的实际推广应用。尤其是，单纵模激光器会因为中心频率的缓慢漂移、环境噪音、激光棒温度变化或者振动干扰等原因导致种子注入特性变差，甚至注入不成功而不再成单纵模输出，这时的单纵模测温激光雷达将出现严重的测量误差，甚至不能工作。
4.显然，测温激光雷达若能采用多纵模激光器作为发射光源，则既能实现激光发射系统低成本和小型化，同时无需对谐振腔精密控制，可明显提高激光雷达系统的稳定性和环境适应性。更重要的是，若使所有纵模都能用于测量，则激光能量利用率将大大提高，可有效提高测温精度。目前，国内外学者已开展对多纵模高光谱分辨率气溶胶激光雷达和多纵模测风激光雷达的研究，但未见有对多纵模测温激光雷达的研究报道。


技术实现要素：

5.本发明所要解决的技术问题是：提供一种基于双级联f-p干涉仪和多纵模激光的高光谱分辨率测温激光雷达系统，能用基于双级联f-p干涉仪的多纵模高光谱分辨率测温激光雷达高精度测量对流层大气温度和气溶胶光学特性。
6.本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：本发明的温度和气溶胶测量原理如图1、图2和图3所示。采用一体化的双级联f-p干涉仪，f-p干涉仪1和f-p干涉仪2的自由谱间距(fsr)相同，均为7.2ghz，两者的频谱峰峰间隔为fsr的一半，为3.6ghz；发射多纵模激光的纵模间隔与f-p干涉仪的fsr匹配，且各纵模的中心频率被锁定在f-p干涉仪1周期性频谱的峰值位置。多纵模脉冲激光发射至大气中，被气溶胶粒子和大气分子散射，其总的散射光谱相当于所有有序单纵模所产生的米散射谱和瑞利散射谱的叠加。由于气溶胶粒子质量大，其布朗运动引起的米散射谱展宽可以忽略，气溶胶米散射谱宽近似为发射激光谱宽；而大气分子质量小，其热运动引起的瑞利散射谱显著展宽，展宽量与大气温度的平方根成正比。大气后向散射光(包括米散射光和瑞利散射光)先经过f-p干涉仪1，绝大部分米散射光和处在各个纵模瑞利散射谱中心的少量瑞利散射光透过f-p干涉仪1，如图1所示。极少量的米散射光和处在各个纵模瑞利散射谱两翼的绝大部分瑞利散射光被f-p干涉仪1反射后，再经过f-p干涉仪2，如图2所示。不同大气温度下的瑞利散射光经过f-p干涉仪2后的透射信号明显不同，而反射信号几乎不变，因此透反射信号的比值将不同，如图3所示。利用f-p干涉仪2透反射信号的比值与温度的函数关系，可以反演得到温度。f-p干涉仪1的主要作用是将瑞利散射光从总的后向散射光中分离出来，减小米散射光混入引起的温度测量误差。利用f-p干涉仪1的透反射信号可以反演获得后向散射比，并进一步用于修正温度反演结果。
7.频率为ν的单色光平行光正入射至第i个f-p干涉仪的透反射率函数可分别表示为
[0008][0009]gi
(v-vi)＝c-μ
ihi
(v-vi)
ꢀꢀꢀ
(2)
[0010]
其中：i＝1，2；ηi＝t
p，i
(1-r
e，i
)/(1+r
e，i
)为第i个f-p干涉仪的平均透过率，r
e，i
为第i个f-p干涉仪平板的有效反射率，t
p，i
＝[1-a/(1-ri)]2(1-ri)(1+r
e，i
)/(1+ri)(1-r
e，i
)为第i个f-p干涉仪的峰值透过率，ri为第i个f-p干涉仪平板的实际反射率，a为第i个f-p干涉仪平板的吸收损耗系数；μi＝(1-ric)/(c-ri)，c＝1-a；νi为第i个f-p干涉仪的中心频率；ν
fsr
为第i个f-p干涉仪的自由谱间距。
[0011]
多纵模激光入射到大气中后，每一个纵模激光与单纵模激光一样，都会受到大气分子和气溶胶散射，后向散射光出现谱线增宽。因此，多纵模激光的回波信号将是每一条单纵模展宽谱线叠加的结果。多纵模中的每一条单纵模谱线的回波函数仍可用高斯线型近似。各个纵模强度受到激光介质增益曲线的调制。因此，归一化的多纵模激光总的回波谱函数为：
[0012][0013]
其中：x＝a，m分别表示气溶胶米散射和分子瑞利散射；δva＝δv/(4ln2)
1/2
为单个纵模米散射谱1/e高度处谱宽，δv为发射激光单个纵模半高谱宽；δvm＝(δv
a2
+δv
r2
)
1/2
为单个纵模瑞利散射谱1/e高度处谱宽，δvr＝(8kt/mλ2)
1/2
为瑞利散射谱增宽量，k为玻尔兹曼常数，t为大气温度，m为大气分子平均质量，λ发射激光波长；q是以选定的中心频率ν0(中心频率的q为0)为参考的纵模序数；λ为纵模间隔；cq为各纵模谱线的相对强度(规定中心
频率处相对强度取1)。
[0014]
经准直镜准直后，全发散角为2θ0的米和瑞利散射光入射至双级联f-p干涉仪，各接收通道的米和瑞利散射信号光学透过率分别为
[0015][0016][0017][0018]
将(1)～(3)式带入(4)～(6)式积分得：
[0019]
t
1x
(ν0)＝η1(1+2σ
1x
)
ꢀꢀꢀ
(7)
[0020][0021]
t
3x
(ν0)＝c
2-cμ1t
1x
(ν0)-μ2t
2x
(ν0)
ꢀꢀꢀ
(9)
[0022]
式中
[0023][0024][0025]
其中ν
′
fsr
＝2ν
fsr
/(1+cosθ0)。显然，当满足条件λ＝pν
′
fsr
，p＝1，2，...时，上两式可简化为
[0026][0027][0028]
这与采用单纵模激光获得的结果完全一致。
[0029]
由此，三个接收通道探测器接收到的高度z处的大气后向散射光电子数为
[0030]
nj(z，v0，t)＝na(z)t
ja
(v0)+nm(z)t
jm
(v0，t)
ꢀꢀꢀ
(12)
[0031]
式中：j＝1，2，3；t为z高度处的大气温度；nm(z)和na(z)分别为激光雷达接收机接收到的垂直高度z～z+δz之间的米和瑞利后向散射光电子数，δz为垂直距离分辨率。定义温度响应函数q
t
和后向散射比响应函数qr分别为：
[0032][0033][0034]
式中，r
β
＝(na+nm)/nm为后向散射比，联立(13)(14)建立方程组，采用非线性迭代方法可同时反演得到温度和后向散射比。根据误差传递公式，得到温度测量误差ε
t
和后向散射比测量误差εr分别为：
[0035][0036][0037]
其中和分别为q
t
的后向散射比灵敏度和温度灵敏度；和分别为qr的后向散射比灵敏度和温度灵敏度；snr
t
和snrr分别为q
t
和qr的探测信噪比。
[0038]
本发明的激光雷达系统整体结构如图4所示。采用355nm多纵模脉冲激光器作为发射源，发出线偏振光束。由于瑞利散射强度与波长的四次方成反比，故工作波长采用355nm以获得强的瑞利散射信号。发射激光由第一分束镜分成两束，占有绝大部分能量的透射光经过扩束镜扩束、第一45度反射镜导光，最终垂直透过玻璃平板进入大气被测区域。其大气后向散射光由卡塞格林望远镜接收，依次经过凹透镜、窄带干涉滤光片、电光调制器后，绝大部分能量透过第二分束镜，再由第二45度反射镜反射后，依次经过第一凸透镜、视场光阑、第二凸透镜、半波片、第一偏振分束棱镜、第一四分之一波片后入射至双级联f-p干涉仪中的f-p干涉仪1，其透射光束由第三凸透镜会聚进入第一光电倍增管；其反射光束依次经过第一四分之一波片、第一偏振分束棱镜、第二偏振分束棱镜和第二四分之一波片后，入射至双级联f-p干涉仪中的f-p干涉仪2。f-p干涉仪2的透射光束由第四凸透镜会聚进入第二光电倍增管；反射光束再次经过第二偏振分束棱镜和第二四分之一波片后，由第五凸透镜会聚进入第三光电倍增管。第一分束镜反射很少量的光进入第一多模光纤跳线一端，从另一端出来的光信号进入积分球，从积分球出来的光信号作为参考光信号，再由第二多模光纤跳线一端耦合，从其另一端出射的光信号先后经过光纤准直器和线偏振片，由第二分束镜反射后，再经过和后向散射光信号完全一样的光路，用于系统校准以及发射光频率锁定。参考光和后向散射光由电光调制器信号在时序上实现隔离。三个光电倍增管的输出信号由多通道采集卡进行采集，再由工控机进行数据处理、存储、数据反演以及结果显示等。整个系统的355nm多纵模脉冲激光器、双级联f-p干涉仪、多通道采集卡等均通过rs232接口由工控机控制。
[0039]
本发明所述的激光雷达系统由355nm多纵模脉冲激光器、第一分束镜、扩束镜、第一45度反射镜、玻璃平板、卡塞格林望远镜、凹透镜、窄带滤光片、电光调制器、第二分束镜、
第二45度反射镜、第一凸透镜、视场光阑、第二凸透镜、半波片、第一偏振分束棱镜、第一四分之一波片、双级联f-p干涉仪、第三凸透镜、第一光电倍增管、第二偏振分束棱镜、第二四分之一波片、第四凸透镜、第二光电倍增管、第五凸透镜、第三光电倍增管、第一多模光纤跳线、积分球、第二多模光纤跳线、光纤准直器、线偏振片、多通道采集卡、触发电路、f-p干涉仪控制器、电光调制器驱动、激光驱动电源和工控机组成，其特征是：355nm多纵模脉冲激光器分别和激光驱动电源、触发电路相连，激光器发出355nm的多纵模线偏振脉冲光，纵模间隔为7.2ghz，为双级联f-p干涉仪自由谱间距的整数倍。双级联f-p干涉仪设计成一体，确保各频谱之间的相对稳定性。f-p干涉仪1和f-p干涉仪2的自由谱间距都为7.2ghz，谱宽都为0.8ghz，f-p干涉仪1和f-p干涉仪2的频谱峰峰间隔为3.6ghz，为自由谱间距的一半，即f-p干涉仪1的频谱在f-p干涉仪2相邻两级频谱的中间。发射激光各纵模的中心频率被锁定在f-p干涉仪1周期性频谱的峰值位置。在该设计参数下，对温度测量最有利，且采用多纵模激光的测量效果与采用单纵模激光进行多次测量的效果相同。发射激光经由第一分束镜分束后，占有绝大部分能量的透射光束被扩束镜扩束、第一45度反射镜反射后，垂直进入大气探测区域。大气后向散射信号经由卡塞格林望远镜收集，在经过凹透镜、窄带干涉滤光片后，进入高速电光调制器，高速电光调制器和电光调制器驱动相连，电光调制器阻断激光器出光后0-3μs左右时间段内的大气后向散射光信号，不仅可避免参考光信号和大气后向散射光信号混叠在一起，又防止近距离强的大气后向散射光信号使得探测器饱和。从电光调制器出来的光束再经过第二分束镜后由第二45度反射镜反射。反射光依次经过第一凸透镜、视场光阑、第二凸透镜和半波片。第一凸透镜和第二凸透镜将光束扩束至双级联f-p干涉仪的f-p干涉仪1的有效口径大小。半波片调节线偏振光的偏振方向，从半波片出来的光偏振方向平行于纸面，恰好可以完全透过第一偏振分束棱镜。从半波片出射光束透过第一偏振分束棱镜和第一四分之一波片后，入射至f-p干涉仪1。从f-p干涉仪1出射的光束由第三凸透镜会聚至第一光电倍增管的光敏面。f-p干涉仪1的反射光束再次经过第一四分之一波片后，偏振方向变为垂直于纸面，由第一偏振分束棱镜和第二偏振分束棱镜反射，再经过第二四分之一波片后，入射至双级联f-p干涉仪的f-p干涉仪2。从f-p干涉仪2出射的光束由第四凸透镜会聚至第二光电倍增管的光敏面。f-p干涉仪2的反射光束再次经过第二四分之一波片后，偏振方向变为平行于纸面，其直接透过第二偏振分束棱镜，再由第五凸透镜会聚至第三光电倍增管的光敏面。被第一分束镜反射的很少量的发射激光作为参考光，其耦合进入第一多模光纤跳线一端。第一多模光纤跳线另一端与积分球输入端相连，积分球输出端与第二多模光纤跳线一端相连，第二多模光纤跳线另一端与光纤准直器相连。从光纤准直器出射的光束经过偏振方向与发射激光源偏振方向一致的线偏振片后，被第二分束镜反射进入与后向散射光完全一致的光路用于系统校准及发射光频率锁定。参考光和后向散射光由电光调制器信号在时序上实现隔离。基于双级联f-p干涉仪接收光路的设计，使激光雷达接收到的大气后向散射信号得到充分利用，提高了温度和气溶胶后向散射比探测的信噪比。第一光电倍增管、第二光电倍增管、第三光电倍增管和多通道采集卡相连，多通道采集卡和触发电路相连，f-p干涉仪控制器和双级联f-p干涉仪相连，激光驱动电源、电光调制器驱动、触发电路、f-p干涉仪控制器与工控机相连，由工控机统一控制。
[0040]
由于采用上述技术方案，本发明所具有的优点和积极效果是：与现有的高光谱分辨率测温激光雷达系统相比，1、采用多纵模激光器作为发射光源构建高光谱分辨率测温激
光雷达，既实现了激光发射系统低成本和小型化，同时无需对谐振腔精密控制，可明显提高激光雷达系统的稳定性和环境适应性；2、优化设计的系统参数不仅满足了多纵模激光的纵模间隔与双级联f-p干涉仪的自由谱间距匹配条件，而且使得双级联f-p干涉仪的温度探测灵敏度最大，既实现了所有纵模均可用于测量，采用多纵模激光源单次测量效果与采用单纵模激光源多次测量效果相同，大大提高激光能量利用率，同时温度探测灵敏度为最大；3、实现了多纵模高光谱分辨率激光雷达同时高精度测量对流层温度和气溶胶光学特性。
附图说明
[0041]
图1是本发明的气溶胶后向散射比测量原理图。
[0042]
图2是本发明的温度测量原理图。
[0043]
图3是本发明的温度和气溶胶测量原理总图。
[0044]
图4是本发明的结构框图。
[0045]
图中1.355nm多纵模脉冲激光器，2.第一分束镜，3.扩束镜，4.第一45度反射镜，5.玻璃平板，6.卡塞格林望远镜，7.凹透镜，8.窄带滤光片，9.电光调制器，10.第二分束镜，11.第二45度反射镜，12.第一凸透镜，13.视场光阑，14.第二凸透镜，15.半波片，16.第一偏振分束棱镜，17.第一四分之一波片，18.双级联f-p干涉仪，19.第三凸透镜，20.第一光电倍增管，21.第二偏振分束棱镜，22.第二四分之一波片，23.第四凸透镜，24.第二光电倍增管，25.第五凸透镜，26.第三光电倍增管，27.第一多模光纤跳线，28.积分球，29.第二多模光纤跳线，30.光纤准直器，31.线偏振片，32.多通道采集卡，33.触发电路，34.f-p干涉仪控制器，35.电光调制器驱动，36.激光驱动电源，37.工控机。
具体实施方式
[0046]
本发明的结构框如4图所示。图4中355nm多纵模脉冲激光器(1)分别和激光光驱动电源(36)、触发电路(33)相连，355nm多纵模脉冲激光器(1)发出的多纵模脉冲激光经由第一分束镜(2)分为两束。占大部分能量的透射光束由扩束镜(3)扩束，再被卡塞格林望远镜(6)内的第一45度反射镜(4)反射后，垂直透过玻璃平板(5)进入大气探测区域。大气后向散射信号经由卡塞格林望远镜(6)收集，在经过凹透镜(7)、窄带滤光片(8)后，进入高速电光调制器(9)，高速电光调制器(9)和电光调制器驱动(35)相连，电光调制器(9)阻断激光器出光后0-3μs左右时间段内的大气后向散射光信号，不仅可避免参考光信号和大气后向散射光信号混叠在一起，又防止近距离强的大气后向散射光信号使得探测器饱和。从电光调制器(9)出来的光束经过第二分束镜(10)后，由第二45度反射镜反射(11)，反射光依次经过第一凸透镜(12)、视场光阑(13)、第二凸透镜(14)和半波片(15)。第一凸透镜(12)和第二凸透镜(14)将光束扩束至双级联f-p干涉仪(18)的f-p干涉仪1的有效口径大小。半波片(15)用于调节出射线偏振光的偏振方向，从半波片(15)出来的光偏振方向平行于纸面，恰好可以完全透过第一偏振分束棱镜(16)。从半波片(15)出射光束透过第一偏振分束棱镜(16)和第一四分之一波片(17)后，入射至双级联f-p干涉仪(18)的f-p干涉仪1。从f-p干涉仪1出射的光束由第三凸透镜(19)会聚至第一光电倍增管(20)的光敏面。被f-p干涉仪1反射的光束再次经过第一四分之一(17)波片后，偏振方向变为垂直于纸面，由第一偏振分束棱镜(16)和第二偏振分束棱镜(21)反射，再经过第二四分之一波片(22)后，入射至双级联f-p干涉仪
(18)的f-p干涉仪2。从f-p干涉仪2出射的光束由第四凸透镜(23)会聚至第二光电倍增管(24)的光敏面。被f-p干涉仪2反射的光束再次经过第二四分之一波片(22)后，偏振方向变为平行于纸面，其直接透过第二偏振分束棱镜(21)，再由第五凸透镜(25)会聚至第三光电倍增管(26)的光敏面。被第一分束镜(2)反射的很少量的发射激光作为参考光，其耦合进入第一多模光纤跳线(27)一端。第一多模光纤跳线(27)另一端与积分球(28)输入端相连，积分球(28)输出端与第二多模光纤跳线(29)一端相连，第二多模光纤跳线(29)另一端与光纤准直器(30)相连。从积分球(28)出来的光束脉宽被展宽，其再被耦合进入第二光纤跳线(29)。从第二多模光纤跳线(29)出来的光束由光纤准直器(30)准直，再经过偏振方向与发射激光源偏振方向一致的线偏振片(31)后，被第二分束镜(10)反射进入与后向散射光完全一致的光路用于系统校准及发射光频率锁定。参考光和后向散射光由电光调制器(9)信号在时序上实现隔离。第一光电倍增管(20)、第二光电倍增管(24)、第三光电倍增管(26)和多通道采集卡(32)相连，多通道采集卡(32)和触发电路(33)相连，f-p干涉仪控制器(34)和双级联f-p干涉仪(18)相连，激光驱动电源(36)、电光调制器驱动(35)、触发电路(33)、f-p干涉仪控制器(34)与工控机(37)相连，由工控机(37)统一控制。

技术特征：
1.一种基于双级联f-p干涉仪和多纵模激光的高光谱分辨率测温激光雷达系统，由355nm多纵模脉冲激光器、第一分束镜、扩束镜、第一45度反射镜、玻璃平板、卡塞格林望远镜、凹透镜、窄带滤光片、电光调制器、第二分束镜、第二45度反射镜、第一凸透镜、视场光阑、第二凸透镜、半波片、第一偏振分束棱镜、第一四分之一波片、双级联f-p干涉仪、第三凸透镜、第一光电倍增管、第二偏振分束棱镜、第二四分之一波片、第四凸透镜、第二光电倍增管、第五凸透镜、第三光电倍增管、第一多模光纤跳线、积分球、第二多模光纤跳线、光纤准直器、线偏振片、多通道采集卡、触发电路、f-p干涉仪控制器、电光调制器驱动、激光驱动电源和工控机组成，其特征是：355nm多纵模脉冲激光器分别和激光驱动电源、触发电路相连，激光器发出355nm的多纵模线偏振脉冲光，纵模间隔为7.2ghz，为双级联f-p干涉仪自由谱间距的整数倍。双级联f-p干涉仪设计成一体，确保各频谱之间的相对稳定性。f-p干涉仪1和f-p干涉仪2的自由谱间距都为7.2ghz，谱宽都为0.8ghz，f-p干涉仪1和f-p干涉仪2的频谱峰峰间隔为3.6ghz，为自由谱间距的一半，即f-p干涉仪1的频谱在f-p干涉仪2相邻两级频谱的中间。发射激光各纵模的中心频率被锁定在f-p干涉仪1周期性频谱的峰值位置。在该设计参数下，对温度测量最有利，且采用多纵模激光的测量效果与采用单纵模激光进行多次测量的效果相同。发射激光经由第一分束镜分束后，占有绝大部分能量的透射光束被扩束镜扩束、第一45度反射镜反射后，垂直进入大气探测区域。大气后向散射信号经由卡塞格林望远镜收集，在经过凹透镜、窄带干涉滤光片后，进入高速电光调制器，高速电光调制器和电光调制器驱动相连，电光调制器阻断激光器出光后0-3μs左右时间段内的大气后向散射光信号，不仅可避免参考光信号和大气后向散射光信号混叠在一起，又防止近距离强的大气后向散射光信号使得探测器饱和。从电光调制器出来的光束再经过第二分束镜后由第二45度反射镜反射。反射光依次经过第一凸透镜、视场光阑、第二凸透镜和半波片。第一凸透镜和第二凸透镜将光束扩束至双级联f-p干涉仪的f-p干涉仪1的有效口径大小。半波片调节线偏振光的偏振方向，从半波片出来的光偏振方向平行于纸面，恰好可以完全透过第一偏振分束棱镜。从半波片出射光束透过第一偏振分束棱镜和第一四分之一波片后，入射至f-p干涉仪1。从f-p干涉仪1出射的光束由第三凸透镜会聚至第一光电倍增管的光敏面。f-p干涉仪1的反射光束再次经过第一四分之一波片后，偏振方向变为垂直于纸面，由第一偏振分束棱镜和第二偏振分束棱镜反射，再经过第二四分之一波片后，入射至双级联f-p干涉仪的f-p干涉仪2。从f-p干涉仪2出射的光束由第四凸透镜会聚至第二光电倍增管的光敏面。f-p干涉仪2的反射光束再次经过第二四分之一波片后，偏振方向变为平行于纸面，其直接透过第二偏振分束棱镜，再由第五凸透镜会聚至第三光电倍增管的光敏面。被第一分束镜反射的很少量的发射激光作为参考光，其耦合进入第一多模光纤跳线一端。第一多模光纤跳线另一端与积分球输入端相连，积分球输出端与第二多模光纤跳线一端相连，第二多模光纤跳线另一端与光纤准直器相连。从光纤准直器出射的光束经过偏振方向与发射激光源偏振方向一致的线偏振片后，被第二分束镜反射进入与后向散射光完全一致的光路用于系统校准及发射光频率锁定。参考光和后向散射光由电光调制器信号在时序上实现隔离。基于双级联f-p干涉仪接收光路的设计，使激光雷达接收到的大气后向散射信号得到充分利用，提高了温度和气溶胶后向散射比探测的信噪比。第一光电倍增管、第二光电倍增管、第三光电倍增管和多通道采集卡相连，多通道采集卡和触发电路相连，f-p干涉仪控制器和双级联f-p干涉仪相连，激光驱动电源、电光调制器驱动、触发电路、f-p干涉仪控制器
与工控机相连，由工控机统一控制。

技术总结
本发明公开了一种基于双级联F-P干涉仪和多纵模激光的高光谱分辨率测温激光雷达系统。系统采用355nm多纵模、线偏振脉冲激光器，纵模间隔为7.2GHz，为F-P干涉仪自由谱间距的整数倍。双级联F-P干涉仪设计成一体，自由谱间距均为7.2GHz，谱宽均为0.8GHz，频谱峰峰间隔为3.6GHz。发射激光各纵模中心频率锁定在前级F-P干涉仪周期性频谱的峰值位置；由双级联F-P干涉仪、四分之一波片和偏振分束棱镜组成级联接收光路。本发明使激光发射系统低成本和小型化的同时，显著提高了激光能量利用率、激光雷达系统的稳定性和环境适应性，实现了多纵模高光谱分辨率激光雷达同时高精度测量对流层温度和气溶胶光学特性。和气溶胶光学特性。


技术研发人员：李薛康 沈法华 朱江月
受保护的技术使用者：盐城师范学院
技术研发日：2022.07.17
技术公布日：2022/11/1