2μm激光单模多束外差接收技术研究

发布时间：2017-04-18 13:17

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【摘要】：激光测风雷达是探测大气风速、风向、风切变等风场信息的一种技术手段,其具有很强的晴空探测能力和矢量风场测量等优点,是微波气象雷达必要的补充。因此,激光测风雷达在大气湍流、飞机尾迹、飞机安全起降等方面应用前景非常广阔。2μm相干测风激光雷达是目前国际上一大热点之一。本文围绕相干激光测风雷达的多光束相干探测的关键理论问题和光学设计方法,进行了理论建模、仿真研究和多光束相干光学接收系统设计,主要工作包括以下几个方面:1、根据相干探测的空间相干性和时间相干性理论,对激光器发出的本振光和大气的回波信号光所构成的相干探测系统主要评价参数即外差效率进行理论建模。在信号光为艾里斑、本振光分别是均匀光束和高斯光束的情况下,分析了两束光中心对准但倾斜情况下的外差效率的变化规律,以及两束光中心偏移和倾斜均存在情况下外差效率的变化规律。2、相干激光测风雷达主要探测目标为大气米氏散射光回波,本文针对不同粒径的颗粒对光的散射情况,仿真研究了散射光强随散射角的变化关系,论证了多束光纤接收回波信号的必要性和可行性。分析了斜入射的信号光在接收平面的光场分布。建立了多光束激光外差接收系统的外差效率的理论模型,给出了仿真结果。3、根据本文建立的多光束相干探测理论模型和仿真结果,设计了一套单模多束激光外差接收光学系统。采用像方远心物镜设计,提高单模光纤的耦合效率。采用六面体锥棱镜对设计,实现本振光按照所需要的倾斜角进行多光束分束,即本文实例为1束平行本振光分7束,其中1束仍为原入射方向,其余6束按所需倾斜角入射,形成1加6梅花瓣形式分布。单模多束光纤与2?1单模光纤耦合器实现本振光和信号光的准直输出,再经光电探测器产生中频外差信号输出。
【关键词】：激光测风雷达 相干探测 外差效率 单模多束光纤
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TN958.98
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第1章 绪论9-17
• 1.1 课题背景及研究的目的和意义9
• 1.2 国内外研究现状9-16
• 1.2.1 国外发展现状与分析9-15
• 1.2.2 国内发展现状与分析15-16
• 1.3 本文的主要结构和内容16-17
• 第2章 2μm激光单束外差接收系统的建模与仿真17-31
• 2.1 激光外差接收系统评价指标参数外差效率的建模17-20
• 2.1.1 本振光束的建模17
• 2.1.2 信号光的建模17-18
• 2.1.3 外差效率的建模18-20
• 2.2 均匀光束与艾里斑外差接收系统的建模与仿真20-24
• 2.2.1 两束光在倾斜情况下的外差效率变化规律20-22
• 2.2.2 两束光在倾斜和偏移情况下的外差效率变化规律22-24
• 2.3 高斯光束与艾里斑外差接收系统的建模与仿真24-30
• 2.3.1 两束光在倾斜情况下的外差效率变化规律24-29
• 2.3.2 两束光在倾斜和偏移情况下的外差效率变化规律29-30
• 2.4 本章小结30-31
• 第3章 2μm激光多束外差接收系统的建模与仿真31-49
• 3.1 大气散射光束的产生机理与建模31-36
• 3.2 多光束外差接收系统的建模36-41
• 3.3 多光束外差接收系统的外差效率的建模与仿真41-45
• 3.4 外差系统空间相干性分析45-47
• 3.5 本章小结47-49
• 第4章 单模多束激光外差接收光学系统的设计49-68
• 4.1 光学系统与In GaAs探测器参数49-53
• 4.1.1 离轴卡塞格伦望远镜49-51
• 4.1.2 平衡式In GaAs探测器51-53
• 4.2 2 微米激光外差光学系统设计思路53-55
• 4.2.1 准直角估算53
• 4.2.2 传统式激光平衡外差接收系统的光路结构53-54
• 4.2.3 多光束外差探测系统的准直度54-55
• 4.3 光学系统结构参数设计55-66
• 4.3.1 像方远心物镜设计56-59
• 4.3.2 六面锥棱镜对光学系统设计59-65
• 4.3.3 单模多束激光外差接收系统的光路结构65-66
• 4.4 本章小结66-68
• 结论68-69
• 参考文献69-73
• 致谢73

【参考文献】

中国博士学位论文全文数据库 前2条

1 白岩;基于锁模激光的相干多普勒激光雷达研究[D];哈尔滨工业大学;2012年

2 李彦超;2μm激光测风雷达外差探测方法与关键技术研究[D];哈尔滨工业大学;2012年

中国硕士学位论文全文数据库 前3条

1 王遨游;2μm相干激光测风雷达光学系统的测试方法与实验研究[D];哈尔滨工业大学;2011年

2 李岩;海洋风场仿真及探测方法研究[D];哈尔滨工业大学;2013年

3 牟志修;1550nm激光测风雷达相干探测的实验研究[D];哈尔滨工业大学;2014年

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本文编号：314971