[发明专利]一种2μm相干测风激光雷达偏振态匹配与矫正系统

权利要求书

1.一种2μm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：2μm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(11)、λ/4波片(12)、离轴光学天线(13)、驱动装置(14)、偏振片(15)、耦合透镜(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)、1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)；

2μm激光器(1)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0级衍射端口(3-3)和1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1～2mm，发散角为1mrad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)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)；

由声光移频器(3)的0级衍射输出端口(3-3)输出的2μm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2μm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2μm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(6)内部的邦加球半径为s₀，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,χ,θ)，则ψ和χ为邦加球方位角，邦加球方位角差为：ψ-χ。