[发明专利]一种2μm相干测风激光雷达偏振态匹配与矫正系统

摘要

一种2μm相干测风激光雷达偏振态匹配与矫正系统，系统包括2μm激光器，第一单模保偏光纤、声光移频器、第二单模保偏光纤、尾纤式格林自聚焦透镜、λ/2波片、透镜、偏振分束棱镜、λ/4波片、离轴光学天线、步进电机驱动装置、偏振片、第一尾纤式耦合透镜、双通道偏振态分析仪系统、第二光纤分束器、光电二极管、同轴电缆、示波器，该系统可以实时监测相干测风激光雷达系统中参考本振激光信号与激光回波信号各自的偏振态情况。当该两束光的偏振态失配时，双通道偏振态监测分析系统会自动矫正激光的偏振态直到匹配为止，从而大幅度改善相干测风激光雷达系统的外差效率，提高系统探测灵敏度。

主权项

一种2μm相干测风激光雷达偏振态匹配与矫正结构，其特征在于包括：2μm激光器(1)、第一单模保偏光纤(2)、声光移频器(3)、第一光纤分束器(4)、第二单模保偏光纤(5)、双通道偏振态分析仪(6)、尾纤式格林自聚焦透镜(7)、第一同轴电缆(8)、λ/2波片(9)、透镜(10)、偏振分束棱镜(11)、λ/4波片(12)、离轴光学天线(13)、驱动装置(14)、偏振片(15)、耦合透镜(16)、第二光纤分束器(17)、光纤合束器(18)、光电二极管(19)、第二同轴电缆(20)、示波器(21)、第三单模保偏光纤(22)和第四单模保偏光纤(23)；声光移频器(3)包括输入端口(3‑1)、1级衍射输出端口(3‑2)、0级衍射输出端口(3‑3)、频率调制端口(3‑4)和射频功率调制端口(3‑5)，双通道偏振态分析仪系统(6)包括第一信号输入端口(6‑1)和第二信号输入端口(6‑2)；2μm激光器(1)发射激光信号，通过第一单模保偏光纤(2)和声光移频器(3)的输入端口(3‑1)后输入到声光移频器(3)；将调制端口(3‑4)的电压调节至5.2V，将射频功率调制端口(3‑5)电压调制至1.0V，使声光移频器(3)达到衍射效率最大值，从0级衍射端口(3‑3)和1级衍射端口(3‑2)输出两路激光信号；1级衍射端口(3‑2)输出的激光束经第二单模保偏光纤(5)的传输，经由截距为0.23的尾纤式格林自聚焦透镜(7)准直后，形成相干测风激光雷达脉冲信号；相干测风激光雷达脉冲信号经由λ/2波片(9)和透镜(10)的光束整形后，变成直径为1～2mm，发散角为1mrad的激光束，整形后的激光束经偏振分束棱镜(11)和λ/4波片(12)后由线偏振信号变为右旋圆偏振信号，右旋圆偏振信号进入到离轴光学天线(13)，离轴光学天线(13)对激光束进行扩束和准直过程后将激光信号发射到自由空间；发射到自由空间中的激光信号经大气溶胶反射，产生后向散射激光信号，后向散射激光信号为左旋圆偏振激光；左旋圆偏振后向散射激光信号被离轴光学天线(13)接收并经过λ/4波片(12)后，偏振态由左旋圆偏振变为线偏振激光，并且其偏振方向旋转了90度，被偏振分束棱镜(11)反射；经偏振分束棱镜(11)反射后的激光束经过驱动装置(14)中的偏振片(15)后，经耦合透镜(16)耦合，然后经过第二光纤分束器(17)分成两路激光信号，其中一路激光信号经第三单模保偏光纤(22)后从第一信号输入端口(6‑1)进入双通道偏振态分析仪(6)；由声光移频器(3)的0级衍射输出端口(3‑3)输出的2μm激光经由第一光纤分束器(4)后分成两路，其中一路激光经过双通道偏振分析仪(6)的第二信号输入端口(6‑2)进入双通道偏振分析仪(6)；双通道偏振分析仪(6)计算分别从第一信号输入端口(6‑1)和第二信号输入端口(6‑2)输入的激光信号的邦加球方位角差，并将该邦加球方位角差转变为电压信号经由第一同轴电缆(8)输入给驱动装置(14)作为驱动装置(14)的外部驱动信号，偏振片(15)在驱动装置(14)的带动下以0.02度为步进量旋转，直到双通道偏振分析仪(6)计算得到的邦加球方位角差等于零；经由第二光纤分束器(17)分束的第二束激光经第四单模保偏光纤(23)后，作为光纤合束器(18)的第一输入信号，经由第一光纤分束器(4)分束的第二束激光作为光纤合束器(18)的第二输入信号，光纤合束器(18)的两路输入信号经由光纤合束器(18)合束成一路2μm激光信号，该激光束直接与光电二极管(19)的光敏面上发生干涉，产生中频信号，该中频信号经由同轴电缆(20)输入到示波器(21)进行显示；邦加球方位角差等于零时刻的中频信号为信噪比最大的中频信号。