[发明专利]一种采用相位调制器的双光束激光多普勒测速系统

说明书

本发明属于光学领域，公开了一种采用相位调制器的双光束激光多普勒测速系统，所述测速仪包括：红外半导体激光器，红光指示半导体激光器，耦合器，相位调制器，第一准直透镜，第二准直透镜，接收透镜，红外光探测器，其中，所述红外半导体激光器及红光指示半导体激光器分别通过光纤连接所述耦合器的一端，所述耦合器的另一端通过光纤连接所述相位调制器，所述相位调制器将传导的红外激光分成均匀的两路，并分别通过光纤传导至所述第一准直透镜及第二准直透镜前端，经移动物体反射的光由接收透镜聚焦至红外光探测器。本发明解决了原有的采用声光移频器进行移频的测速系统技术复杂、成本较高的问题。

技术领域

本发明属于光学测量领域，尤其涉及一种采用相位调制器实现移频并配合快速傅里叶变换实现频率探测，进而实现速度测量的双光束激光多普勒测速系统。

背景技术

激光多普勒频移是激光入射到移动物体的表面，被移动的物体散射时，散射光的光波频率与入射光光波频率存在差值，且该差值与物体的移动速度成正比，因此，通过探测激光频率的偏移即可探测物体的移动速度。

由于激光频率很高(～10¹⁴Hz)，因此无法直接探测激光频率。通常将两束有频率差的激光合束，合束之后光强会出现周期性的波动，光强波动频率即为两束激光的频率差，此方法为光外差法。通过外差法可以实现激光多普勒频移的检测。

双光束双散射的光路结构是目前激光测速系统中普遍采用的光路结构，其光路结构简单，接收光强信号大，能适应绝大部分情况下的速度检测。为了实现正负速度的检测，需要将其中的一路出射光或者两路出射光进行移频。如此可以实现在被测物体没有移动，没有产生激光多普勒频移时，测速系统也可以检测到一个频率值。当物体移动时，测速系统检测到的频率值增加或者减小，分别对应物体的前移或者后移，从而实现正负速度的检测。

目前激光测速系统多数采用声光移频器进行移频。声光移频器由于受晶体材料尺寸限制，移频量通常在几十兆赫兹以上。在外差检测系统中，如果需要产生几兆赫兹甚至更低的移频量，通常需要用到两个声光移频器，分别对两路光进行移频，使得两路光的移频量有一个较小的差别，以达到几兆赫兹甚至更低的移频量的目的。此外，为了提高声光移频器输出光的衍射效率和移频带宽，声光移频器必须工作在布拉格衍射模式，因此需要采取诸如提高压电换能器带宽、超声跟踪、带宽阻抗匹配等等一系列复杂的技术手段，也造成了设备体积较大。同时，声光移频器使用空间光在晶体中进行传播，不利于封装光纤。

发明内容

本发明的目的是，提供一种采用相位调制器的双光束激光多普勒测速系统，以解决原有的采用声光移频器进行移频的测速系统技术复杂、成本较高的问题。

本发明所采用的技术方案如下：

一种采用相位调制器的双光束激光多普勒测速系统，所述测速系统包括：红外半导体激光器，红光指示半导体激光器，耦合器，相位调制器，第一准直透镜，第二准直透镜，接收透镜，红外光探测器，其中，所述红外半导体激光器及红光指示半导体激光器分别通过光纤连接所述耦合器的一端，所述耦合器另一端通过光纤连接所述相位调制器，所述相位调制器将传导的红外激光分成均匀的两路，并分别通过光纤传导至所述第一准直透镜及第二准直透镜前端，经移动物体反射的光由接收透镜聚焦至红外光探测器。

红外激光经过铌酸锂相位调制器时，光波被均匀的分为相等的两部分，同时其相位被施加在铌酸锂相位调制器上的锯齿波调制信号调制。被铌酸锂相位调制器分成两等份的光分别被红外保偏光纤导光至第一准直透镜和第二准直透镜，经移动物体反射的光由接收透镜聚焦至红外光探测器，光强信号经由红外光探测器转换为电信号，信号由AD采集之后进行傅里叶频率分析，从而得到两束光的拍频信号，再经过线性运算，得到物体的移动速度。

优选的，所述相位调制器为铌酸锂相位调制器。

优选的，所述红外半导体激光器的输出尾纤采用红外保偏光纤封装。