大氣氣溶膠是由大氣介質(zhì)和懸浮于其中的固體或液體顆粒物所組成的多相體系。高光譜分辨率激光雷達(dá)通過獨(dú)立探測氣溶膠米散射回波信號和大氣分子瑞利散射回波信號,可實(shí)現(xiàn)氣溶膠消光系數(shù)等光學(xué)特性的精細(xì)反演,在氣溶膠微物理特性探測研究中發(fā)揮著不可或缺的作用。為精細(xì)反演氣溶膠在780nm波長的光學(xué)特性,拓展高光譜分辨率激光雷達(dá)在不同波段的應(yīng)用,本課題基于半導(dǎo)體激光器設(shè)計(jì)了 780nm高光譜分辨率激光雷達(dá)系統(tǒng),重點(diǎn)設(shè)計(jì)了激光發(fā)射系統(tǒng)和高光譜分光系統(tǒng),并分析了系統(tǒng)的探測性能。在深入研究大氣分子瑞利散射光譜和氣溶膠米散射光譜的基礎(chǔ)上,闡述了高光譜分辨率激光雷達(dá)的探測原理及數(shù)據(jù)反演算法,提出了 780nm高光譜分辨率激光雷達(dá)系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案。以分布反饋式半導(dǎo)體激光器為種子源,結(jié)合脈沖驅(qū)動的錐形半導(dǎo)體光放大器設(shè)計(jì)了 780nm激光發(fā)射系統(tǒng)。其中,采用高速M(fèi)OSFET管設(shè)計(jì)了半導(dǎo)體光放大器驅(qū)動電路,實(shí)現(xiàn)了驅(qū)動電流的脈沖調(diào)制;利用柱透鏡和非球面鏡對半導(dǎo)體放大器的輸出光束進(jìn)行了光束整形。該發(fā)射系統(tǒng)的中心波長為780.246nm,線寬為0.6MHz;在重復(fù)頻率為1kHz的情況下,脈寬為250ns,單脈沖能量為1μJ;輸出光斑... 

【文章來源】：西安理工大學(xué)陜西省

【文章頁數(shù)】：69 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

DFB激光器輸出光譜

西安理工大學(xué)碩士學(xué)位論文20圖3-5TSOA輸出特性Fig3-5OutputcharacteristicsofTSOA3.2發(fā)射系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)DFBIsolatorTSOAIsolatorLens2Lens1Lens3CLMMM:mirrorCL:cylindricallens圖3-6780nmHSRL激光發(fā)射系統(tǒng)Fig3-6Laseremissionsystemof780nmHSRL自主設(shè)計(jì)的780nmHSRL激光發(fā)射系統(tǒng)如圖3-6所示。DFB激光器的輸出種子激光經(jīng)Lens1準(zhǔn)直后，經(jīng)由M1和M2兩塊寬帶介質(zhì)鏡反射，最終由Lens2會聚注入到TSOA中。由于DFB和TSOA在固定后進(jìn)行精細(xì)調(diào)節(jié)較為困難，發(fā)射系統(tǒng)采用的U型結(jié)構(gòu)可為光路的調(diào)節(jié)和系統(tǒng)集成提供便利。光學(xué)系統(tǒng)中的背反射光會對DFB激光器和TSOA造成非常不利的影響，使之發(fā)生跳模、振幅波動或頻移，甚至損壞激光器件。鑒于此，在DFB激光器和TSOA的出射端都設(shè)有光隔離器，通過反射或吸收背反射光保護(hù)半導(dǎo)體元件。

激光發(fā)射系統(tǒng)設(shè)計(jì)21入射偏振片法拉第旋轉(zhuǎn)器出射偏振片45°45°45°光偏振方向光偏振方向正向出射光背反射光圖3-7光隔離器工作原理圖Fig3-7Schematicdiagramofisolator光隔離器是一種無源磁光器件，由入射偏振片、法拉第旋轉(zhuǎn)器和出射偏振片組成。光隔離器可將同一波長的光的偏振面向同一個(gè)方向旋轉(zhuǎn)同樣的角度，而與光束的傳播方向無關(guān)。光隔離器的工作原理如圖3-7所示，背反射光經(jīng)歷了兩次偏振面的旋轉(zhuǎn)，其偏振方向相對正向出射光旋轉(zhuǎn)了90°，即與入射偏振片的傳播軸垂直，因此背反射光的能量會被入射偏振片吸收。圖3-8Lens2焦平面處光斑Fig3-8ThefacularpointonthefocalplaneofLens2光隔離器和TSOA均對入射光的發(fā)散角有嚴(yán)格要求，理想情況下的入射光為平行光。經(jīng)Lens1準(zhǔn)直后，種子激光在進(jìn)入光隔離器前的光斑近似為圓形，其直徑為18μm，半發(fā)散角為0.009°。光隔離器的入射孔徑為2.7mm，該光束可以順利通過光隔離器。然而，TSOA的入射窗口直徑僅為3μm，為保證更多的種子激光注入到TSOA中，采用Lens2進(jìn)行聚焦以壓縮光斑尺寸。Lens2透射光束在Lens2焦平面位置的光斑如圖3-8所示。圖3-9為該焦平面處的光斑的非相干照度行截面與列截面圖。TSOA入射窗口位于Lens2焦平面處，入射光的入射


本文編號：2983185