[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

说明书

本发明公开了一种探测大气水汽的微脉冲差分吸收激光雷达的发射机，DFB半导体连续波激光基准单元形成连续波激光稳定的波长基准，DFB半导体连续波激光on单元和DFB半导体连续波激光off单元经过2×1选通开关分别被声光调制器斩波成为重复频率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光纤放大器提高单脉冲能量；能量被Raman光纤放大器提高之后的脉冲激光，再由二倍频器转换成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由1540nm附近的大功率半导体激光器担任。本发明的优点在于：系统激光波长稳定，系统成本低；发射脉冲的峰值功率小，符合人眼安全的需要。

技术领域

本发明涉及一种大气水汽垂直廓线的光学遥感器，更涉及大气水汽垂直廓线探测的差分吸收激光雷达，特别涉及到微脉冲差分吸收激光雷达的发射机。

背景技术

720nm-730nm波段最有代表性的差分吸收激光雷达，当属法国科学家DidierBruneau等研制的机载差分吸收激光雷达LEANDRE-II，可以探测对流层下半部分水汽混合比的垂直廓线，发射机是一个闪光灯泵浦的Alexandrite激光器，双脉冲工作，双波长都位于727nm～736nm光谱范围内。激光脉冲能量50mJ，脉冲重复频率10Hz，线宽为2.4×10^-2cm^-1，光谱纯度大于99.99％，双脉冲发射之间时间间隔50μs。LEANDRE-II差分吸收激光雷达的一个特征是，发射波长由高精度波长计实时监测，此波长计由稳定632.991372nm的氦-氖激光器(型号Hewlett-Packard 5517B)为其提供基准而进行标定，使其绝对精度在5×10^-3cm^-1以内。

大气水汽在817nm-820nm波段也有合适的吸收谱线，钛宝石在该波段有较高的增益系数，所以德国Hohenheim大学的Gerd Wagner等科学家，在该波段开发了车载的、三维扫描的、基于钛宝石激光器作为发射机的差分吸收激光雷达，用以探测下对流层大气水汽分布。动态稳定的、环形谐振腔，包括布儒斯特切角钛宝石(Ti:sapphire)晶体，两边以二极管泵浦的Nd:YAG激光器二倍频(532nm)泵浦。脉冲重复频率250Hz，脉冲能量27mJ。谐振腔采取种子注入和相敏检波的主动稳定技术。该型号(UHOH DIAL)差分吸收激光雷达一个特征，也采用了高精度波长计(型号WS7，HighFinesse/Angstrom)作为波长控制环的误差测量装置，一个稳频的氦-氖激光器(SL 03，SIOS Messtechnik GmbH)被作为波长计的参照基准。

1998年之后，G.Ehret等德国DLR(Deutsches Zentrumfür Luft-und Raumfahrt)的科学家，就报导了他们开发了种子注入的Nd:YAG激光器的二倍频532nm脉冲泵浦KTP非线性晶体组成的光参量振荡器。在935nm附近输出单纵模、窄线宽的脉冲激光，用差分吸收激光雷达探测大气水汽廓线，不仅泵浦Nd:YAG激光器用种子注入，光参量振荡器的谐振腔也用连续波半导体激光种子注入，这个波段水汽的吸收线比较强，因此更适合机载飞行试验探测，更有利于对流层上半部分和平流层底部相对干燥区域的大气水汽探测。此波段的差分吸收激光雷达(WALES)也是采用了高精度波长计(型号High Finesse WS7)作为其种子激光器波长控制环的误差测量装置，波长计的参照基准为水汽自身多通道吸收池(型号NewFocus 5612，有效长度100m，纯净水蒸气压力1200Pa)的强吸收谱线(935.607nm附近)。脉冲能量45mJ，脉冲重复频率100Hz。