[发明专利]一种双波长FWMI光谱鉴频器及其装调方法

说明书

本发明公开了一种双波长FWMI光谱鉴频器及其装调方法，包括激光发射系统、双波长FWMI主体和光电探测系统，使在单个FWMI光谱鉴频器上实现两个波段的高分辨率鉴频效果成为可能，为HSRL技术小型化、简单化提供了新方向和新思路，特别是有利于推进多波长HSRL系统的普及和应用，进而可以充分发挥HSRL技术在遥感探测上的高信噪比、远探测距离、高反演精度等优势，为后续反演微物理特性等高阶参数创造有利条件，为进一步气候变化研究和环境污染监测提供了更为便利的系统硬件支撑。

技术领域

本发明属于激光雷达技术领域，尤其是涉及一种双波长FWMI光谱鉴频器及其装调方法。

背景技术

高光谱分辨率激光雷达(HSRL)是实现大气气溶胶精确探测的有效方法之一，而光谱鉴频器又是HSRL系统中的核心器件，光谱鉴频器的鉴频性能直接决定了HSRL关键光学参数的反演精度。

视场展宽迈克尔孙干涉仪(FWMI)光谱鉴频器是一类特殊的迈克尔孙干涉仪(MI)，它是通过特殊设计干涉仪中干涉臂的材料以及长度，实现折射率补偿。折射率补偿设计使该干涉仪的光程差(OPD)随入射光角度的变化非常缓慢，也就实现了FWMI的视场展宽特性。通常FWMI经过精心的光学配置，可以实现数度的可接受视场角。因为FWMI的该特性，将它用作HSRL的光谱鉴频器是非常合适的。FWMI能够极大的提高进入系统的光通量，拥有更高的光学效率，从而保证较高的探测信号信噪比。FWMI的视场展宽特性有助于提升鉴频器的鉴频性能，有助于提升HSRL光学参数反演的精度。

在现有的激光雷达反演光学参数理论体系中，多波长激光雷达系统是大趋势和发展方向。多波长HSRL能够从多个维度上获取大气气溶胶的垂直廓线信息，进而可以实现对于气溶胶粒子形状、粒径分布、复折射率、混合状态等复杂微物理特性的反演，而这些更高层次的气溶胶信息的获取对于气候研究以及环境保护领域至关重要。但在目前的HSRL光谱鉴频器设计过程中，通常只是对于某一特定波长设计对应的鉴频器。因此，现阶段搭建多波长HSRL系统，往往只是匹配探测波长对应的光谱鉴频器，重复性地增加HSRL接收通道。这种简单粗暴增加通道的方式，尽管能实现多波长HSRL系统的探测功能，但是无疑大大增加了接收系统硬件设计成本、系统体积和系统复杂程度。

如何能够在有限的设计空间内，尽可能减小多波长HSRL接收系统体积和成本，简化系统光路配置，将是推动多波长HSRL系统小型化、简单化发展，进而得到广泛应用的重要因素。

发明内容

本发明的目的是克服目前多波长HSRL接收系统体积庞大，光路复杂，成本较高等问题，通过特殊设计在单个光谱鉴频器中实现两个波长的光谱鉴频效果，提出了一种双波长FWMI光谱鉴频器及其装调方法。

一种双波长FWMI光谱鉴频器，包括激光发射系统、双波长FWMI主体和光电探测系统；

所述的激光发射系统包括沿光路顺次布置的双波长激光器、楔形镜、第一消色差透镜、衍射板、孔径光阑和第二消色差透镜，其中，所述楔形镜的数量至少为一个；所述双波长激光器发射的高功率激光首先通过至少一个楔形镜衰减后经过第一消色差透镜汇聚，汇聚后的光束经过衍射板做进一步的激光能量衰减，再经过孔径光阑和第二消色差透镜后产生恰当发散角且具有合适功率的激光扩束光束，并使其进入双波长FWMI主体；

所述的双波长FWMI主体包括带气压控制系统的密封腔以及设置在密封腔内的FWMI立方分光棱镜、第一玻璃臂、第二玻璃臂和FWMI高反镜，所述的FWMI高反镜连接在由微位移控制系统控制的微位移器上，第二玻璃臂和FWMI高反镜之间的空气间隙为空气臂；进入双波长FWMI主体的双波长信号光首先在FWMI立方分光棱镜处分成两束；其中反射光束通过第二玻璃臂和空气臂，被FWMI高反镜反射回来后再透过FWMI立方分光棱镜，并射出双波长FWMI主体；透射光束通过第一玻璃臂后再反射回FWMI立方分光棱镜，并被FWMI立方分光棱镜反射出FWMI主体；从双波长FWMI主体出射的干涉光束入射至光电探测系统；