一种2μm相干测风激光雷达偏振态匹配与矫正系统的利记博彩app
【专利摘要】一种2μm相干测风激光雷达偏振态匹配与矫正系统，系统包括2μm激光器，第一单模保偏光纤、声光移频器、第二单模保偏光纤、尾纤式格林自聚焦透镜、λ/2波片、透镜、偏振分束棱镜、λ/4波片、离轴光学天线、步进电机驱动装置、偏振片、第一尾纤式耦合透镜、双通道偏振态分析仪系统、第二光纤分束器、光电二极管、同轴电缆、示波器，该系统可以实时监测相干测风激光雷达系统中参考本振激光信号与激光回波信号各自的偏振态情况。当该两束光的偏振态失配时，双通道偏振态监测分析系统会自动矫正激光的偏振态直到匹配为止，从而大幅度改善相干测风激光雷达系统的外差效率，提高系统探测灵敏度。
【专利说明】—种2 μ m相干测风激光雷达偏振态匹配与矫正系统
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种2μπι相干测风激光雷达偏振态匹配与矫正系统，该系统可实时监测2μπι相干测风激光雷达系统中本振参考激光信号与回波激光信号的偏振态匹配情况，适用于基于星载、机载及地基平台的相干测风激光雷达系统中。
【背景技术】
[0002]相干测风激光雷达以其近量子噪声极限的探测灵敏度、高信噪比、高精度晴空探测能力等特点，被广泛应用在微弱激光信号探测领域。测风激光雷达已被证明是目前研究中小尺度气象现象的最有效手段之一，对气象预报、军事国防、航空安全预警等诸多方面都有重要意义。
[0003]相干测风激光雷达以大气中气溶胶的米氏散射为基础，工作在中波红外或长波红外光波段上，微脉冲外差探测，能够直接从气象回波中提取多普勒频率信息。其中2 μ m相干多普勒测风激光测风雷达，采用全固态2 μ m激光器作为发射源，其波段处于大气窗口，人眼安全，保密性强，是国际上研究的热点。
[0004]相干测风激光雷达是基于外差探测技术的高精度主动测量手段，激光外差探测是公认的量子限探测技术。相关文献与实验数据表明，激光直接探测方式最小可探测功率一般在10-9W量级，而外差探测可实现近量子限探测(在10_nW量级以上)。可见，外差探测灵敏度比直接探测高几个数量级，但是外差探测技术的难度也比直接探测高得多。
[0005]众所周知，激光外差探测系统存在一项它所特有附加损耗因子，称之为外差效率。因此，外差效率是评价外差探测系统性能的重要参数指标之一。外差效率主要受以下因素影响:发射光束和本振光束的波形形状、振幅分布、位相差、本振光光强和偏振态。其中，前4项影响因素只需要进行单次的矫正后即可容易满足，而偏振态匹配是影响激光外差探测系统中外差效率的重要因素，并直接决定了外差探测与直接探测在微小信号探测领域的优越性。目前现有的相干测风激光雷达系统均没有对偏振态进行实时监测、匹配与矫正的系统或设备，因此，急需设计一种用于进行偏振态监测与矫正的方法。
【发明内容】
[0006]本发明的技术解决问题是:克服现有技术不足，提供了一种2μπι相干测风激光雷达偏振态匹配与矫正系统，该系统可以实时监测相干测风激光雷达系统中参考本振激光信号与激光回波信号各自的偏振态情况，当该两束光的偏振态失配时，双通道偏振态监测分析系统会自动矫正激光的偏振态直到匹配为止，从而大幅度改善系统的外差效率，提高系统探测灵敏度。
[0007]本发明的技术解决方案是:提供了一种2μπι相干测风激光雷达偏振态匹配与矫正结构，包括:2 μ m激光器、第一单模保偏光纤、声光移频器、第一光纤分束器、第二单模保偏光纤、双通道偏振态分析仪、尾纤式格林自聚焦透镜、第一同轴电缆、λ/2波片、透镜、偏振分束棱镜、λ/4波片、离轴光学天线、驱动装置、偏振片、耦合透镜、第二光纤分束器、光纤合束器、光电二极管、第二同轴电缆、示波器、第三单模保偏光纤和第四单模保偏光纤；
[0008]声光移频器包括输入端口、I级衍射输出端口、O级衍射输出端口、频率调制端口和射频功率调制端口，双通道偏振态分析仪系统包括第一信号输入端口和第二信号输入端Π ；
[0009]2 μ m激光器发射激光信号,通过第一单模保偏光纤和声光移频器的输入端口后输入到声光移频器；将调制端口的电压调节至5.2V，将射频功率调制端口电压调制至1.0V,使声光移频器达到衍射效率最大值，从O级衍射端口和I级衍射端口输出两路激光信号；
I级衍射端口输出的激光束经第二单模保偏光纤的传输，经由截距为0.23的尾纤式格林自聚焦透镜准直后，形成相干测风激光雷达脉冲信号；
[0010]相干测风激光雷达脉冲信号经由λ /2波片和透镜的光束整形后，变成直径为I?2mm,发散角为Imrad的激光束，整形后的激光束经偏振分束棱镜和λ /4波片后由线偏振信号变为右旋圆偏振信号，右旋圆偏振信号进入到离轴光学天线，离轴光学天线对激光束进行扩束和准直过程后将激光信号发射到自由空间；
[0011]发射到自由空间中的激光信号经大气溶胶反射，产生后向散射激光信号，后向散射激光信号为左旋圆偏振激光；左旋圆偏振后向散射激光信号被离轴光学天线接收并经过λ /4波片后，偏振态由左旋圆偏振变为线偏振激光，并且其偏振方向旋转了 90度，被偏振分束棱镜反射；
[0012]经偏振分束棱镜反射后的激光束经过驱动装置中的偏振片后，经耦合透镜耦合，然后经过第二光纤分束器分成两路激光信号，其中一路激光信号经第三单模保偏光纤后从第一信号输入端口进入双通道偏振态分析仪；
[0013]由声光移频器的O级衍射输出端口输出的2 μ m激光经由第一光纤分束器后分成两路，其中一路激光经过双通道偏振分析仪的第二信号输入端口进入双通道偏振分析仪；
[0014]双通道偏振分析仪计算分别从第一信号输入端口和第二信号输入端口输入的激光信号的邦加球方位角差，并将该邦加球方位角差转变为电压信号经由第一同轴电缆输入给驱动装置作为驱动装置的外部驱动信号，偏振片在驱动装置的带动下以0.02度为步进量旋转，直到双通道偏振分析仪计算得到的邦加球方位角差等于零；
[0015]经由第二光纤分束器分束的第二束激光经第四单模保偏光纤后，作为光纤合束器的第一输入信号，经由第一光纤分束器分束的第二束激光作为光纤合束器的第二输入信号，光纤合束器的两路输入信号经由光纤合束器合束成一路2 μ m激光信号，该激光束直接与光电二极管的光敏面上发生干涉，产生中频信号，该中频信号经由同轴电缆输入到示波器进行显示；邦加球方位角差等于零时刻的中频信号为信噪比最大的中频信号。
[0016]所述邦加球方位角差的具体计算过程为:令双通道偏振分析仪内部的邦加球半径为％，从第一信号输入端口和第二信号输入端口输入的激光信号在邦加球上的点在球坐标系中的坐标分别为(S0, Ψ, Θ)和(S0, X，Θ)，则ψ和X为邦加球方位角，邦加球方位角差为:Ψ- X O
[0017]所述光束整形过程具体为:调节λ /2波片的偏振方向并监测透射过偏振分束棱镜后的光信号功率，直到该功率值最大为止；同时将透镜放置于离尾纤式格林自聚焦透镜出光端面60_处实现对激光束的整形过程。
[0018]所述双通道偏振分析仪第二信号输入端口的输入信号和光纤合束器的第二输入信号通过如下方式产生:
[0019]激光信号经过设置在2 μ m激光器之后的第三光纤分束器产生分路激光信号，该分路激光信号经过第一光纤分束器后产生分路激光信号，其中一路分路信号作为双通道偏振分析仪第二信号输入端口的输入信号，另一路分路信号作为光纤合束器的第二输入信号。
[0020]所述双通道偏振分析仪第二信号输入端口的输入信号和光纤合束器的第二输入信号通过如下方式产生:
[0021]激光信号经过设置在2 μ m激光器之后的第三光纤分束器产生分路激光信号，一路分路激光信号经第五单模保偏光纤后作为光纤合束器的第二输入信号，另一路分路信号通过第一单模保偏光纤和声光移频器的输入端口后输入到声光移频器；调节频率调制端口的电压至5.2V和射频功率调制端口电压至1.0V,达到衍射效率最大值后，从O级衍射端口输出，经第六单模保偏光纤后作为双通道偏振分析仪第二信号输入端口的输入信号。
[0022]所述双通道偏振分析仪第二信号输入端口的输入信号和光纤合束器的第二输入信号通过如下方式产生:
[0023]激光信号经过设置在2 μ m激光器之后的第三光纤分束器产生分路激光信号，一路分路激光信号经第八单模保偏光纤后作为双通道偏振分析仪第二信号输入端口的输入信号;
[0024]另一路分路信号通过第一单模保偏光纤和声光移频器的输入端口后输入到声光移频器；调节频率调制端口的电压至5.2V和射频功率调制端口电压至1.0V,达到衍射效率最大值后，从O级衍射端口输出，经第七单模保偏光纤后作为光纤合束器的第二输入信号。
[0025]本发明与现有技术相比的有益效果是:
[0026](I)本发明采用消光比优于1000: 1、响应光谱范围为650?2100nm线性偏振片作为2 μ m回波激光信号光的检偏器,该方式具有调节方便，光谱响应范围宽，2 μ m消光系数闻等特点;
[0027](2)本发明采用双通道输入偏振态分析仪实时分析参考本振激光信号与激光回波信号的偏振态形式，为矫正系统提供输入参数，这种方法具有能够分别实时分析参考本振激光与激光回波信号的偏振态变化情况，可以辅助系统及光偏振态的匹配，从定性与定量两方面来为系统偏振态匹配与矫正提供输入参数；
[0028](3)本发明采用将偏振态分析仪输出的参考本振激光与回波激光信号的邦加球偏振态参数进行分析，并将分析结果转化为步进电机的驱动电流信号，使步进电机驱动偏振片的旋转方向，最终实现对偏振态方向的矫正，提高了系统外差效率，该方式的特点是:系统采用全光纤闭环回路，系统简单紧凑，模块化集成方式，既保证了量子极限探测灵敏度，同时丰富了系统功能。
【专利附图】
【附图说明】
[0029]图1为实施方式一的系统示意图；
[0030]图2为实施方式二的系统示意图；
[0031]图3为实施方式三的系统示意图；
[0032]图4为实施方式四的系统示意图。
【具体实施方式】
[0033]下面结合附图对本发明的【具体实施方式】进行进一步的详细描述。
[0034]一种2 μ m相干测风激光雷达偏振态匹配与矫正结构，特征在于包括:2 μ m激光器
1、第一单模保偏光纤2、声光移频器3、第一光纤分束器4、第二单模保偏光纤5、双通道偏振态分析仪6、尾纤式格林自聚焦透镜7、第一同轴电缆8、λ /2波片9、透镜10、偏振分束棱镜
I1、λ/4波片12、离轴光学天线13、驱动装置14、偏振片15、稱合透镜16、第二光纤分束器17、光纤合束器18、光电二极管19、第二同轴电缆20、不波器21、第三单模保偏光纤22和第四单模保偏光纤23 ；
[0035]声光移频器3包括输入端口 3-1、I级衍射输出端口 3_2、0级衍射输出端口 3_3、频率调制端口 3-4和射频功率调制端口 3-5，双通道偏振态分析仪系统6包括第一信号输入端口 6-1和第二信号输入端口 6-2 ；
[0036]实施方式一:本实施方案如图1所不，2 μ m激光器I发射激光信号,通过第一单模保偏光纤2和声光移频器3的输入端口 3-1后输入到声光移频器3 ;调节频率调制端口 3-4的电压至5.2V，射频功率调制端口 3-5电压至1.0V,使声光移频器3达到衍射效率最大值，从O级衍射端口 3-3和I级衍射端口 3-2输出两路激光信号；1级衍射端口 3-2输出的激光束经第二单模保偏光纤5的传输，经由截距为0.23的尾纤式格林自聚焦透镜7准直后，形成相干测风激光雷达脉冲信号；
[0037]相干测风激光雷达脉冲信号经由λ /2波片9和透镜10的光束整形后，变成直径为I?2_，发散角为Imrad的激光束，整形后的激光束经偏振分束棱镜11和λ /4波片12后有线偏振信号变为右旋圆偏振信号，右旋圆偏振信号进入到离轴光学天线13，离轴光学天线13对激光束进行扩束和准直过程后将激光信号发射到自由空间；
[0038]发射到自由空间中的激光信号经大气气溶胶反射，产生后向散射激光信号，该信号为左旋圆偏振激光；左旋圆偏振后向散射激光信号被离轴光学天线13接收后沿原光路返回，经过λ/4波片12后，偏振态由左旋圆偏振变为线偏振激光，并且其偏振方向旋转了90度，被偏振分束棱镜11反射；
[0039]经偏振分束棱镜11反射后的激光束经过驱动装置14中的偏振片15后，经耦合透镜16耦合，然后经过第二光纤分束器17分成两路激光信号，其中一路激光信号经第三单模保偏光纤22后从第一信号输入端口 6-1进入双通道偏振态分析仪6 ；
[0040]由声光移频器3的O级衍射输出端口 3-3输出的2 μ m激光经由第一光纤分束器4后分成两路，其中一路激光经过双通道偏振分析仪6的第二信号输入端口 6-2进入双通道偏振分析仪6 ；
[0041]双通道偏振分析仪6计算分别从第一信号输入端口 6-1和第二信号输入端口 6-2输入的激光信号的邦加球方位角差，并将邦加球方位角差值转变为电压信号经由第一同轴电缆8输入给驱动装置14作为驱动装置14的外部驱动信号，偏振片15在步进电机14的带动下以0.02度为步进量旋转，直到双通道偏振分析仪6计算得到的邦加球方位角差等于零；所述邦加球方位角差的具体计算过程为:令双通道偏振分析仪6内部的邦加球半径为Stl,从第一信号输入端口 6-1和第二信号输入端口 6-2输入的激光信号在邦加球上的点在球坐标系中的坐标分别为(s0, Ψ, Θ)和(s0, X，Θ)，则ψ和X为邦加球方位角，邦加球方位角差为:Ψ-Χ ;
[0042]经由第二光纤分束器17分束的第二束激光经第四单模保偏光纤23后，作为光纤合束器18的第一输入信号，经由第一光纤分束器4分束的第二束激光作为光纤合束器18的第二输入信号，光纤合束器18的两路输入信号经由光纤合束器18合束成一路2 μ m激光信号，该激光束直接与光电二极管19的光敏面上发生干涉，产生中频信号，该中频信号经由同轴电缆20输入到示波器21进行显示；邦加球方位角差等于零时刻的中频信号为信噪比最大的中频信号。
[0043]实施方式二:本实施方案如图2所不,2 μ m激光器I发射激光信号,通过第三光纤分束器24产生分路激光信号,其中一路分路信号经过声光移频器3的输入端口 3-1后输入到声光移频器3 ;调节频率调制端口 3-4的电压至5.2V，射频功率调制端口 3-5电压至1.0V，使声光移频器3达到衍射效率最大值,从I级衍射端口 3-2输出一路激光信号；该激光束经第二单模保偏光纤5的传输，经由截距为0.23的尾纤式格林自聚焦透镜7准直后，形成相干测风激光雷达脉冲信号；
[0044]相干测风激光雷达脉冲信号经由λ /2波片9和透镜10的光束整形后，变成直径为I?2_，发散角为Imrad的激光束，整形后的激光束经偏振分束棱镜11和λ /4波片12后由线偏振信号变为右旋圆偏振信号，右旋圆偏振信号进入到离轴光学天线13，离轴光学天线13对激光束进行扩束和准直过程后将激光信号发射到自由空间；
[0045]发射到自由空间中的激光信号经大气气溶胶反射，产生后向散射激光信号，该信号为左旋圆偏振激光；左旋圆偏振后向散射激光信号被离轴光学天线13接收后沿原光路返回，经过λ/4波片12后，偏振态由左旋圆偏振变为线偏振激光，并且其偏振方向旋转了90度，被偏振分束棱镜11反射；
[0046]经偏振分束棱镜11反射后的激光束经过带有偏振片15的驱动装置14的后，经耦合透镜16耦合，然后经过第二光纤分束器17分成两路激光信号，其中一路激光信号经第三单模保偏光纤22后从第一信号输入端口 6-1进入双通道偏振态分析仪6 ；
[0047]第三光纤分束器24产生的另一路激光信号经由第一光纤分束器4后分成两路，其中一路激光经过双通道偏振分析仪6的第二信号输入端口 6-2进入双通道偏振分析仪6 ；
[0048]双通道偏振分析仪6计算分别从第一信号输入端口 6-1和第二信号输入端口 6-2输入的激光信号的邦加球方位角差，并将邦加球方位角差值转变为电压信号经由第一同轴电缆8输入给驱动装置14作为驱动装置14的外部驱动信号，偏振片15在步进电机14的带动下以0.02度为步进量旋转，直到双通道偏振分析仪6计算得到的邦加球方位角差等于零；所述邦加球方位角差的具体计算过程为:令双通道偏振分析仪6内部的邦加球半径为Stl,从第一信号输入端口 6-1和第二信号输入端口 6-2输入的激光信号在邦加球上的点在球坐标系中的坐标分别为(s0, Ψ, Θ)和(s0, X，Θ)，则ψ和X为邦加球方位角，邦加球方位角差为:ψ-χ ;
[0049]经由第二光纤分束器17分束的第二束激光经第四单模保偏光纤23后，作为光纤合束器18的第一输入信号，经由第一光纤分束器4分束的第二束激光作为光纤合束器18的第二输入信号，光纤合束器18的两路输入信号经由光纤合束器18合束成一路2 μ m激光信号，该激光束直接与光电二极管19的光敏面上发生干涉，产生中频信号，该中频信号经由同轴电缆20输入到示波器21进行显示；邦加球方位角差等于零时刻的中频信号为信噪比最大的中频信号。
[0050]实施方式三:本实施方式如图3所示，2 μ m激光器I发射激光信号，通过第三光纤分束器24产生分路激光信号,其中一路分路信号经过声光移频器3的输入端口 3-1后输入到声光移频器3 ;调节频率调制端口 3-4的电压至5.2V，射频功率调制端口 3-5电压至1.0V,使声光移频器3达到衍射效率最大值，从O级衍射端口 3-3和I级衍射端口 3-2输出两路激光信号；1级衍射端口 3-2输出的激光束经第二单模保偏光纤5的传输,经由截距为
0.23的尾纤式格林自聚焦透镜7准直后，形成相干测风激光雷达脉冲信号；
[0051]相干测风激光雷达脉冲信号经由λ /2波片9和透镜10的光束整形后，变成直径为I?2_，发散角为Imrad的激光束，整形后的激光束经偏振分束棱镜11和λ /4波片12后由线偏振信号变为右旋圆偏振信号，右旋圆偏振信号进入到离轴光学天线13，离轴光学天线13对激光束进行扩束和准直过程后将激光信号发射到自由空间；
[0052]发射到自由空间中的激光信号经大气气溶胶反射，产生后向散射激光信号，该信号为左旋圆偏振激光；左旋圆偏振后向散射激光信号被离轴光学天线13接收后沿原光路返回，经过λ/4波片12后，偏振态由左旋圆偏振变为线偏振激光，并且其偏振方向旋转了90度，被偏振分束棱镜11反射；
[0053]经偏振分束棱镜11反射后的激光束经过带有偏振片15的驱动装置14的后，经耦合透镜16耦合，然后经过第二光纤分束器17分成两路激光信号，其中一路激光信号经第三单模保偏光纤22后从第一信号输入端口 6-1进入双通道偏振态分析仪6，另外一路作为相干探测过程中的激光回波信号；
[0054]由声光移频器3的O级衍射输出端口 3-3输出的2 μ m激光经由第六单模保偏光纤26后经过双通道偏振分析仪6的第二信号输入端口 6-2进入双通道偏振分析仪6 ；
[0055]双通道偏振分析仪6计算分别从第一信号输入端口 6-1和第二信号输入端口 6-2输入的激光信号的邦加球方位角差，并将邦加球方位角差值转变为电压信号经由第一同轴电缆8输入给驱动装置14作为驱动装置14的外部驱动信号，偏振片15在步进电机14的带动下以0.02度为步进量旋转，直到双通道偏振分析仪6计算得到的邦加球方位角差等于零；所述邦加球方位角差的具体计算过程为:令双通道偏振分析仪6内部的邦加球半径为Stl,从第一信号输入端口 6-1和第二信号输入端口 6-2输入的激光信号在邦加球上的点在球坐标系中的坐标分别为(s0, Ψ, Θ)和(s0, X，Θ)，则ψ和X为邦加球方位角，邦加球方位角差为:ψ-χ ;
[0056]经由第二光纤分束器17分束的第二束激光经第四单模保偏光纤23后，作为光纤合束器18的第一输入信号，第三光纤分束器24产生的另一路分路激光信号，经第五单模保偏光纤25后作为光纤合束器18的第二输入信号,光纤合束器18的两路输入信号经由光纤合束器18合束成一路2μπι激光信号，该激光束直接与光电二极管19的光敏面上发生干涉，产生中频信号，该中频信号经由同轴电缆20输入到示波器21进行显示；邦加球方位角差等于零时刻的中频信号为信噪比最大的中频信号。
[0057]实施方式四:本实施方式如图4所不,2 μ m激光器I发射激光信号,通过第三光纤分束器24产生分路激光信号，其中一路分路激光信号经声光移频器3的输入端口 3-1后输入到声光移频器3 ;调节频率调制端口 3-4的电压至5.2V和射频功率调制端口 3-5电压至
1.0V,达到衍射效率最大值，从O级衍射端口 3-3和I级衍射端口 3-2输出两路激光信号；I级衍射端口 3-2输出的激光束经第二单模保偏光纤5的传输，经由截距为0.23的尾纤式格林自聚焦透镜7准直后，形成相干测风激光雷达脉冲信号；
[0058]相干测风激光雷达脉冲信号经由λ /2波片9和透镜10的光束整形后，变成直径为I?2_，发散角为Imrad的激光束，整形后的激光束经偏振分束棱镜11和λ /4波片12后由线偏振信号变为右旋圆偏振信号，右旋圆偏振信号进入到离轴光学天线13，离轴光学天线13对激光束进行扩束和准直过程后将激光信号发射到自由空间；
[0059]发射到自由空间中的激光信号经大气气溶胶反射，产生后向散射激光信号，该信号为左旋圆偏振激光；左旋圆偏振后向散射激光信号被离轴光学天线13接收后沿原光路返回，经过λ/4波片12后，偏振态由左旋圆偏振变为线偏振激光，并且其偏振方向旋转了90度，被偏振分束棱镜11反射；
[0060]经偏振分束棱镜11反射后的激光束经过带有偏振片15的驱动装置14的后，经耦合透镜16耦合，然后经过第二光纤分束器17分成两路激光信号，其中一路激光信号经第三单模保偏光纤22后从第一信号输入端口 6-1进入双通道偏振态分析仪6，另外一路作为相干探测过程中的激光回波信号；
[0061]第三光纤分束器24的另一路分路信号经第八单模保偏光纤28后经过双通道偏振分析仪6的第二信号输入端口 6-2进入双通道偏振分析仪6 ；
[0062]双通道偏振分析仪6计算分别从第一信号输入端口 6-1和第二信号输入端口 6-2输入的激光信号的邦加球方位角差，并将邦加球方位角差值转变为电压信号经由第一同轴电缆8输入给驱动装置14作为驱动装置14的外部驱动信号，偏振片15在步进电机14的带动下以0.02度为步进量旋转，直到双通道偏振分析仪6计算得到的邦加球方位角差等于零；所述邦加球方位角差的具体计算过程为:令双通道偏振分析仪6内部的邦加球半径为Stl,从第一信号输入端口 6-1和第二信号输入端口 6-2输入的激光信号在邦加球上的点在球坐标系中的坐标分别为(s0, Ψ, Θ)和(s0, X，Θ)，则ψ和X为邦加球方位角，邦加球方位角差为:ψ-χ ;
[0063]经由第二光纤分束器17分束的第二束激光经第四单模保偏光纤23后，作为光纤合束器18的第一输入信号，第三光纤分束器24的另一路分路信号通过第一单模保偏光纤
2和声光移频器3的输入端口 3-1后输入到声光移频器3 ;调节频率调制端口 3-4的电压至
5.2V和射频功率调制端口 3-5电压至1.0V,达到衍射效率最大值后，从O级衍射端口 3-3输出，经第七单模保偏光纤27后作为光纤合束器18的第二输入信号,光纤合束器18的两路输入信号经由光纤合束器18合束成一路2 μ m激光信号，该激光束直接与光电二极管19的光敏面上发生干涉，产生中频信号，该中频信号经由同轴电缆20输入到示波器21进行显示；邦加球方位角差等于零时刻的中频信号为信噪比最大的中频信号。
[0064]本发明说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员的公知技术。
【权利要求】
1.一种2 μ m相干测风激光雷达偏振态匹配与矫正结构，其特征在于包括:2μπι激光器(I)、第一单模保偏光纤(2)、声光移频器(3)、第一光纤分束器(4)、第二单模保偏光纤(5)、双通道偏振态分析仪￠)、尾纤式格林自聚焦透镜(7)、第一同轴电缆(8)、λ/2波片(9)、透镜(10)、偏振分束棱镜(11)、λ/4波片(12)、离轴光学天线(13)、驱动装置(14)、偏振片(15)、|禹合透镜(16)、第二光纤分束器(17)、光纤合束器(18)、光电二极管(19)、第二同轴电缆(20)、示波器(21)、第三单模保偏光纤(22)和第四单模保偏光纤(23)； 声光移频器(3)包括输入端口(3-1)、I级衍射输出端口(3-2)、0级衍射输出端口(3-3)、频率调制端口(3-4)和射频功率调制端口(3-5)，双通道偏振态分析仪系统(6)包括第一信号输入端口(6-1)和第二信号输入端口(6-2)； 2μηι激光器(I)发射激光信号,通过第一单模保偏光纤(2)和声光移频器(3)的输入端口(3-1)后输入到声光移频器(3);将调制端口(3-4)的电压调节至5.2V，将射频功率调制端口(3-5)电压调制至1.0V，使声光移频器(3)达到衍射效率最大值，从O级衍射端口(3-3)和I级衍射端口(3-2)输出两路激光信号；1级衍射端口(3-2)输出的激光束经第二单模保偏光纤(5)的传输，经由截距为0.23的尾纤式格林自聚焦透镜(7)准直后，形成相干测风激光雷达脉冲信号； 相干测风激光雷达脉冲信号经由λ/2波片(9)和透镜(10)的光束整形后，变成直径为I?2_，发散角为Imrad的激光束，整形后的激光束经偏振分束棱镜(11)和λ /4波片(12)后由线偏振信号变为右旋圆偏振信号，右旋圆偏振信号进入到离轴光学天线(13)，离轴光学天线(13)对激光束进行扩束和准直过程后将激光信号发射到自由空间； 发射到自由空间中的激光信号经大气溶胶反射，产生后向散射激光信号，后向散射激光信号为左旋圆偏振激光；左旋圆偏振后向散射激光信号被离轴光学天线(13)接收并经过λ/4波片(12)后，偏振态由左旋圆偏振变为线偏振激光，并且其偏振方向旋转了 90度，被偏振分束棱镜(11)反射； 经偏振分束棱镜(11)反射后的激光束经过驱动装置(14)中的偏振片(15)后，经耦合透镜(16) I禹合，然后经过第二光纤分束器(17)分成两路激光信号,其中一路激光信号经第三单模保偏光纤(22)后从第一信号输入端口(6-1)进入双通道偏振态分析仪(6)； 由声光移频器(3)的O级衍射输出端口(3-3)输出的2μηι激光经由第一光纤分束器(4)后分成两路，其中一路激光经过双通道偏振分析仪(6)的第二信号输入端口(6-2)进入双通道偏振分析仪(6)； 双通道偏振分析仪(6)计算分别从第一信号输入端口(6-1)和第二信号输入端口(6-2)输入的激光信号的邦加球方位角差，并将该邦加球方位角差转变为电压信号经由第一同轴电缆(8)输入给驱动装置(14)作为驱动装置(14)的外部驱动信号，偏振片(15)在驱动装置(14)的带动下以0.02度为步进量旋转，直到双通道偏振分析仪(6)计算得到的邦加球方位角差等于零； 经由第二光纤分束器(17)分束的第二束激光经第四单模保偏光纤(23)后，作为光纤合束器(18)的第一输入信号，经由第一光纤分束器(4)分束的第二束激光作为光纤合束器(18)的第二输入信号，光纤合束器(18)的两路输入信号经由光纤合束器(18)合束成一路2ym激光信号，该激光束直接与光电二极管(19)的光敏面上发生干涉，产生中频信号，该中频信号经由同轴电缆(20)输入到示波器(21)进行显示；邦加球方位角差等于零时刻的中频信号为信噪比最大的中频信号。
2.根据权利要求1所述的一种2μπι相干测风激光雷达偏振态匹配与矫正结构，其特征在于:所述邦加球方位角差的具体计算过程为:令双通道偏振分析仪￠)内部的邦加球半径为Stl,从第一信号输入端口(6-1)和第二信号输入端口(6-2)输入的激光信号在邦加球上的点在球坐标系中的坐标分别为(Stl, Ψ, Θ)和(s0, X，Θ)，则ψ和X为邦加球方位角，邦加球方位角差为:ψ-χ。
3.根据权利要求1所述的一种2μ m相干测风激光雷达偏振态匹配与矫正结构，其特征在于:所述光束整形过程具体为:调节λ/2波片(9)的偏振方向并监测透射过偏振分束棱镜(11)后的光信号功率，直到该功率值最大为止；同时将透镜(10)放置于离尾纤式格林自聚焦透镜(7)出光端面60_处实现对激光束的整形过程。
4.根据权利要求1所述的一种2μ m相干测风激光雷达偏振态匹配与矫正结构，其特征在于:所述双通道偏振分析仪(6)第二信号输入端口(6-2)的输入信号和光纤合束器(18)的第二输入信号通过如下方式产生: 激光信号经过设置在2μπι激光器(I)之后的第三光纤分束器(24)产生分路激光信号，该分路激光信号经过第一光纤分束器(4)后产生分路激光信号，其中一路分路信号作为双通道偏振分析仪(6)第二信号输入端口 ￠-2)的输入信号，另一路分路信号作为光纤合束器(18)的第二输入信号。
5.根据权利要求1所述的一种2μ m相干测风激光雷达偏振态匹配与矫正结构，其特征在于:所述双通道偏振分析仪(6)第二信号输入端口(6-2)的输入信号和光纤合束器(18)的第二输入信号通过如下方式产生: 激光信号经过设置在2μπι激光器(I)之后的第三光纤分束器(24)产生分路激光信号，一路分路激光信号经第五单模保偏光纤(25)后作为光纤合束器(18)的第二输入信号，另一路分路信号通过第一单模保偏光纤(2)和声光移频器(3)的输入端口(3-1)后输入到声光移频器(3);调节频率调制端口(3-4)的电压至5.2V和射频功率调制端口(3-5)电压至1.0V,达到衍射效率最大值后，从O级衍射端口(3-3)输出，经第六单模保偏光纤(26)后作为双通道偏振分析仪(6)第二信号输入端口(6-2)的输入信号。
6.根据权利要求1所述的一种2μ m相干测风激光雷达偏振态匹配与矫正结构，其特征在于:所述双通道偏振分析仪(6)第二信号输入端口(6-2)的输入信号和光纤合束器(18)的第二输入信号通过如下方式产生: 激光信号经过设置在2μπι激光器(I)之后的第三光纤分束器(24)产生分路激光信号，一路分路激光信号经第八单模保偏光纤(28)后作为双通道偏振分析仪(6)第二信号输入端口(6-2)的输入信号； 另一路分路信号通过第一单模保偏光纤(2)和声光移频器(3)的输入端口(3-1)后输入到声光移频器(3);调节频率调制端口(3-4)的电压至5.2V和射频功率调制端口(3-5)电压至1.0V，达到衍射效率最大值后，从O级衍射端口(3-3)输出，经第七单模保偏光纤(27)后作为光纤合束器(18)的第二输入信号。
【文档编号】G01S7/497GK104133202SQ201410228849
【公开日】2014年11月5日 申请日期:2014年5月27日 优先权日:2014年5月27日
【发明者】高龙, 荣威, 孙琼阁, 张宇峰 申请人:北京空间机电研究所