[发明专利]一种探测大气水汽的微脉冲差分吸收激光雷达的发射机

权利要求书

1.一种探测大气水汽的微脉冲差分吸收激光雷达的发射机，包括DFB半导体连续波激光基准单元(1)，DFB半导体连续波激光on单元(2)，DFB半导体连续波激光off单元(3)，on/off选通开关(4)，声光调制器(5)，Raman光纤放大器(6)，二倍频器(7)，Raman光纤放大器的泵浦光源(8)；其特征在于：

所述的DFB半导体连续波激光基准单元(1)形成连续波激光稳定的波长基准，DFB半导体连续波激光on单元(2)当中的DFB半导体连续波激光的on波长和DFB半导体连续波激光基准单元(1)当中这个基准波长保持着长期稳定的波长差0.04nm，DFB半导体连续波激光off单元(3)当中的DFB半导体连续波激光的off波长和DFB半导体连续波激光基准单元(1)当中这个稳定的基准波长保持着长期稳定的波长差0.140nm；DFB半导体连续波激光on单元(2)和DFB半导体连续波激光off单元(3)经过on/off选通的2×1开关(4)，分别被声光调制器(5)斩波成为重复频率10kHz量级，脉冲宽度1μs以内的脉冲激光，此小能量的脉冲激光再经过Raman光纤放大器(6)提高单脉冲能量；能量被Raman光纤放大器(6)提高之后的脉冲激光，再由二倍频器(7)转换成825.5±0.25nm的脉冲激光，最终脉冲激光能量达10μJ量级；其中，Raman光纤放大器的泵浦源(8)由1540nm附近的大功率半导体激光器担任；

所述的DFB半导体连续波激光基准单元(1)将第一个单纵模、连续波DFB半导体激光器的波长锁定在甲烷的1650.958nm光谱吸收线上；单元包括第一DFB半导体激光器(1-1)、第一耦合器(1-2)、第二耦合器(1-3)、相位调制器(1-4)、甲烷气体分子吸收池(1-5)、探测器(1-6)、第一混频器(1-7)、第一低通滤波器(1-8)、模/数转换器(1-9)、第一微处理器(1-10)、第一数/模转换器(1-11)、第一DFB半导体激光器的注入电流和工作温度控制器(1-12)部分,第一DFB半导体激光器(1-1)受到相位调制器(1-4)的调制，当第一DFB半导体激光器(1-1)波长等于甲烷气体分子吸收线中心波长时，第一数/模转换器(1-11)输出的误差信号为0.0；一旦当第一DFB半导体激光器(1-1)波长偏离甲烷气体分子吸收线中心波长时，第一低通滤波器(1-8)输出直流信号，此直流信号经过模/数转换器(1-9)、第一微处理器(1-10)、第一数/模转换器(1-11)之后，输出补偿信号，调节第一DFB半导体激光器的控制器(1-12)的注入电流和工作温度，使其波长回归甲烷气体分子吸收线中心波长。

2.根据权利要求1所述的一种探测大气水汽的微脉冲差分吸收激光雷达的发射机，其特征在于：

所述的DFB半导体连续波激光on单元(2)，包括第二DFB半导体激光器(2-1)、第三耦合器(2-2)、第四耦合器(2-3)、第一平衡探测器(2-4)、第二混频器(2-5)、4.4GHz的第一高频发生器(2-6)、第二低通滤波器(2-7)、第一鉴频器(2-8)、第二微处理器(2-9)、第二数/模转换器(2-10)、第二DFB半导体激光器的注入电流和工作温度控制器(2-11)部分,以第一DFB半导体激光器(1-1)被锁定的波长为基准，经过4.4GHz的偏频控制，将第二DFB半导体激光器(2-1)的波长锁定在1650.998nm波长(这是水汽吸收线online探测波长825.499nm的两倍)；第四耦合器(2-3)和第二耦合器(1-3)分别从第二DFB半导体激光器(2-1)和第一DFB半导体激光器(1-1)各取样一小部分激光由第一平衡探测器(2-4)外差检测出这两个激光的频差信号，第一高频发生器(2-6)产生稳定的4.4GHz的高频信号，这两个射频信号通过第二混频器(2-5)、第二低通滤波器(2-7)和第一鉴频器(2-8)得到前面提及的两个高频信号的频率差别，之后第二微处理器(2-9)、第二数/模转换器(2-10)根据这个频率差别的大小和正负，生成修正信号给注入电流和工作温度控制器(2-11)，使得第二DFB半导体激光器(2-1)和第一DFB半导体激光器(1-1)连续波激光之间，频率之差稳定在4.4GHz，也即波长之差稳定在0.04nm。

3.根据权利要求1所述的一种探测大气水汽的微脉冲差分吸收激光雷达的发射机，其特征在于：

所述的DFB半导体连续波激光off单元(3)包括第三DFB半导体激光器(3-1)、第五耦合器(3-2)、第六耦合器(3-3)、第二平衡探测器(3-4)、第三混频器(3-5)、15.4GHz的第二高频发生器(3-6)、第三低通滤波器(3-7)、第二鉴频器(3-8)、第三微处理器(3-9)、第三数/模转换器(3-10)、第三DFB半导体激光器的注入电流和工作温度控制器(3-11)；通过15.4GHz的偏频控制，将第三DFB半导体激光器(3-1)的波长锁定在1651.098nm，使得第三DFB半导体激光器(3-1)和第一DFB半导体激光器(1-1)连续波激光之间，频率之差稳定在15.4GHz，也即波长之差稳定在0.14nm。