[发明专利]用于水汽差分吸收激光雷达的光纤激光装置及使用方法

说明书

本发明公开了一种用于水汽差分吸收激光雷达的光纤激光装置及使用方法，装置包括依次设置的第一DFB光纤激光器和第二DFB光纤激光器，作为种子激光光源；脉冲调制模块，将种子激光光源输出的连续光调制成设定重复频率的脉冲激光；掺杂光纤放大器，用于将脉冲调制模块输出的脉冲激光进行放大；倍频模块，将放大后的脉冲激光进行倍频。本发明利用两个DFB光纤激光器作为种子激光并分时输出，然后用脉冲调制模块将DFB光纤激光器输出的连续种子光调制成脉冲光，脉冲光经过掺杂光纤放大后倍频，获得脉冲能量几十uJ的双波长单纵模激光输出，满足水汽差分吸收激光雷达的应用需求。

技术领域

本发明涉及激光雷达技术领域，尤其涉及一种用于水汽差分吸收激光雷达的光纤激光装置及使用方法。

背景技术

差分吸收激光雷达(Differential Absorption Lidar,DIAL)是利用被测对象在不同波长上的吸收强度差异来遥感测量其浓度的一种装置。其基本原理是：向大气发射两束波长间隔很近的激光，一束激光的波长位于待测气体的光谱吸收线上，记为λon，该激光被待测气体强烈地吸收，称为on-line；另一束激光的波长处于待测气体的光谱吸收线翼上，记为λoff，该激光基本不被待测气体吸收或吸收较弱，称为off-line。由于两束激光的波长间隔很近，所以可以认为大气散射以及发射和接收系统对两束激光的影响基本一样，通过合理的波长选择，避开其他气体成分吸收的影响，从而可以利用两束激光的回波信号将干扰量差分消去，并反演出待测气体的浓度。与水汽拉曼激光雷达相比，差分吸收激光雷达的回波信号是由米散射和瑞利散射组成，回波信号强，使得水汽差分吸收激光雷达在白天也能具有较好的探测性能。

在差分吸收激光雷达中，早期采用钛宝石激光器作为光源，利用光栅作为后腔镜，通过调节光栅角度，分时输出两个差分吸收波长。钛宝石激光器通常需要利用一台YAG激光器作为泵浦源，导致系统成本高，并且系统体积和重量都比较大，还需要专业人员维护运行。

近几年出现了以半导体激光器作为种子光，通过脉冲调制和放大后，得到双频窄线宽脉冲输出。但是由于受到激光波长和增益介质的限制，其放大倍率有限，通常能够得到几个uJ的激光脉冲输出，限制了激光雷达的探测能力。并且，种子源和各放大级间的耦合比较复杂。利用光参量振荡器(OPO)对半导体激光器输出的种子光进行放大时，需要一台激光器泵浦OPO，系统成本高，并且系统体积和重量都比较大，需要专业人员维护运行。

发明内容

为了解决水汽差分吸收激光雷达中激光光源的问题，为此，本发明提供一种用于水汽差分吸收激光雷达的光纤激光装置及使用方法。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

用于水汽差分吸收激光雷达的光纤激光装置，包括依次设置的

第一DFB光纤激光器和第二DFB光纤激光器，作为种子激光光源；

脉冲调制模块，将种子激光光源输出的连续光调制成设定重复频率的脉冲激光；

掺杂光纤放大器，用于将脉冲调制模块输出的脉冲激光进行放大；

倍频模块，将第一DFB光纤激光器输出并放大的激光倍频，得到波长位于水汽吸收线翼λoff上激光输出；将第二DFB光纤激光器输出并放大的激光倍频，得到波长位于水汽吸收线λon上激光输出。

第一种方案为：装置包括两套由脉冲调制模块、掺杂光纤放大器、倍频模块的激光处理单元，分别用于处理第一DFB光纤激光器输出的激光和第二DFB光纤激光器输出的激光。

第二种方案为：装置还包括光切换模块，分时选通第一DFB光纤激光器和第二DFB光纤激光器输出的种子激光，实现两个波长的种子光交替输出。

具体地说，还包括频率锁定模块，用于锁定第二DFB光纤激光器的输出频率。

具体地说，所述脉冲调制模块为声光调制器AOM或斩波器。