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通過獨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,可實現(xiàn)氣溶膠消光系數(shù)等光學(xué)特性的精細反演,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在不同波段的應(yīng)用,本課題基于半導(dǎo)體激光器設(shè)計了 780nm高光譜分辨率激光雷達系統(tǒng),重點設(shè)計了激光發(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系統(tǒng)設(shè)計方案。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)計了 780nm激光發(fā)射系統(tǒng)。其中,采用高速MOSFET管設(shè)計了半導(dǎo)體光放大器驅(qū)動電路,實現(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

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【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DFBIsolatorTSOAIsolatorLens2Lens1Lens3CLMMM:mirrorCL:cylindricallens圖3-6780nmHSRL激光發(fā)射系統(tǒng)Fig3-6Laseremissionsystemof780nmHSRL自主設(shè)計的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在固定后進行精細調(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半導(dǎo)體元件。

激光發(fā)射系統(tǒng)設(shè)計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)散角有嚴格要求，理想情況下的入射光為平行光。經(jīng)Lens1準直后，種子激光在進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


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