[实用新型]人眼安全相干多普勒测风激光雷达发射源

说明书

技术领域

本实用新型涉及光纤激光器及放大器，特别是一种小型化的、全光纤的、高重频的、线偏振的、窄线宽的、处于人眼安全工作波段的人眼安全相干多普勒测风激光雷达发射源。

背景技术

在各种气象参数中，如风速、云密度、云顶高、水蒸气浓度、温度和压力，对于许多用户需求，直接风速测量是最有价值的，而且传统的测量手段很难实时获得高分辨的风场垂直分布。经过实验和比较，激光多普勒测风雷达以其探测时空分辨率高等优越性能成为近些年来激光测风遥感重点方向。

1.5μm相关激光雷达具有的优势是：(1)人眼最大许可曝光量降低了一个量级；(2)光纤通信的快速发展，使得全光纤激光雷达的发射源、连接件和探测器等容易获得，因此成本低、结构紧凑、效率高；(3)短的波长，距离分辨率和速度分辨率乘积更小。

2000年瑞典防御研究军事部门的Karlsson等采用振荡-放大(Master-Oscillator Power-Amplifier，以下简称为MOPA)结构1W的光纤激光器，实现了全光纤1.55μm连续波相干激光雷达测量距离、速度、振动和风速等，探测距离从几十米到几百米，风速测量精度小于1m/s。日本三菱电器公司从1999年开始就从事1.5μm相干测风激光雷达的研究，先后研制了采用Er，Yb:Glass激光器的激光雷达系统，以及最近的全光纤激光雷达系统。2005年法国Stachlewska等采用波长为1.54μm的全光纤相干激光雷达，测量了50-300m的风速，距离分辨率30m，风速测量范围±15m/s，测量误差小于1m/s。关于光纤相关激光测风的研究，国内还没有公开报道。从2006年开始，国内有两家单位从事1.5μm相干激光近距离风场测量研究。

在激光发射源方面，近两年光纤激光器由于具有结构紧凑、稳定性高，光束质量好等优点正逐渐被广泛重视，成为热点，国外已经研发出全光纤的激光发射源，大多采用种子源振荡-放大(Master-Oscillator Power-Amplifier，MOPA)的系统，一般采用三级放大结构，不过主要是采用连续的工作方式，且输出激光非线偏振；国内已经有单位开始这方面的工作，但是所用结构一般使用两级放大方式，且处于连续工作状态，同样也是非线偏振特性。

连续工作的发射器使雷达只能实现定点距离测量，而脉冲式的可以实现连续距离测量，而且在距离分辨率和速度分辨率上大大提高，高重频状态下更可以提高雷达探测信噪比的精度，重复频率和脉冲宽度又和外差探测频率分辨率和距离分辨率直接相关，相比非线偏振的激光，在同样功率下，线偏振激光源输出可以使雷达的最大探测距离提高一倍，大大提高实用性。

发明内容

本实用新型的目的是为了获得相干多普勒测风雷达所需要的光源，提供一种人眼安全相干多普勒测风激光雷达发射源，该发射源是一种对人眼安全的、高重频的、大脉冲能量的、线偏振的和窄线宽的1.5μm激光。

本实用新型技术解决方案是：

一种人眼安全相干多普勒测风激光雷达发射源，包括种子源、第一光纤隔离器、分光器和光纤放大系统，其特点是：在所述的分光器和光纤放大系统之间还有电光Q开关；所述的种子源、第一光纤隔离器、分光器、电光Q开关和光纤放大系统通过光纤依次相连，所述的种子源是线偏振的、中心波长1.54μm、振荡-放大的和尾纤输出的分布反馈式半导体激光器；所述的分光器采用光纤耦合器；所述的电光Q开关是光纤输入输出的并由电光调Q晶体、稳压驱动源、信号发生器、偏振控制器和检偏器构成；所述的光纤放大系统为全光纤多级级联放大结构。

所述的光纤放大系统为全光纤三级级联放大结构，第一级由高密度波分复用器、第一泵浦源、第一放大光纤、第二光纤隔离器和第一光纤窄带滤波器依次相连构成；第二级由第一光纤合束器、第二泵浦源、第二放大光纤、第三光纤隔离器和第二光纤窄带滤波器构成；第三级由第二光纤合束器、第三泵浦源、第三放大光纤依次相连构成。

所述的光纤放大系统为全光纤三级级联放大结构，第一级由高密度波分复用器、第一泵浦源、第一放大光纤、第二光纤隔离器、第一环行器和第一光纤光栅依次相连构成；第二级由第一光纤合束器、第二泵浦源、第二放大光纤、第三光纤隔离器、第二环行器和第二光纤光栅依次相连构成；第三级由第二光纤合束器、第三泵浦源、第三放大光纤依次相连构成。

所述的第一放大光纤为保偏掺铒光纤；第二放大光纤是保偏铒镱共掺光纤；第三放大光纤是保偏大模场铒镱共掺光纤。