基于LD的780nm高光谱分辨率激光雷达系统设计
发布时间：2021-01-17 16:09
大气气溶胶是由大气介质和悬浮于其中的固体或液体颗粒物所组成的多相体系。高光谱分辨率激光雷达通过独立探测气溶胶米散射回波信号和大气分子瑞利散射回波信号,可实现气溶胶消光系数等光学特性的精细反演,在气溶胶微物理特性探测研究中发挥着不可或缺的作用。为精细反演气溶胶在780nm波长的光学特性,拓展高光谱分辨率激光雷达在不同波段的应用,本课题基于半导体激光器设计了 780nm高光谱分辨率激光雷达系统,重点设计了激光发射系统和高光谱分光系统,并分析了系统的探测性能。在深入研究大气分子瑞利散射光谱和气溶胶米散射光谱的基础上,阐述了高光谱分辨率激光雷达的探测原理及数据反演算法,提出了 780nm高光谱分辨率激光雷达系统设计方案。以分布反馈式半导体激光器为种子源,结合脉冲驱动的锥形半导体光放大器设计了 780nm激光发射系统。其中,采用高速MOSFET管设计了半导体光放大器驱动电路,实现了驱动电流的脉冲调制;利用柱透镜和非球面镜对半导体放大器的输出光束进行了光束整形。该发射系统的中心波长为780.246nm,线宽为0.6MHz;在重复频率为1kHz的情况下,脉宽为250ns,单脉冲能量为1μJ;输出光斑...
【文章来源】：西安理工大学陕西省
【文章页数】：69 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
DFB激光器输出光谱
西安理工大学硕士学位论文20图3-5TSOA输出特性Fig3-5OutputcharacteristicsofTSOA3.2发射系统结构设计DFBIsolatorTSOAIsolatorLens2Lens1Lens3CLMMM:mirrorCL:cylindricallens图3-6780nmHSRL激光发射系统Fig3-6Laseremissionsystemof780nmHSRL自主设计的780nmHSRL激光发射系统如图3-6所示。DFB激光器的输出种子激光经Lens1准直后，经由M1和M2两块宽带介质镜反射，最终由Lens2会聚注入到TSOA中。由于DFB和TSOA在固定后进行精细调节较为困难，发射系统采用的U型结构可为光路的调节和系统集成提供便利。光学系统中的背反射光会对DFB激光器和TSOA造成非常不利的影响，使之发生跳模、振幅波动或频移，甚至损坏激光器件。鉴于此，在DFB激光器和TSOA的出射端都设有光隔离器，通过反射或吸收背反射光保护半导体元件。
激光发射系统设计21入射偏振片法拉第旋转器出射偏振片45°45°45°光偏振方向光偏振方向正向出射光背反射光图3-7光隔离器工作原理图Fig3-7Schematicdiagramofisolator光隔离器是一种无源磁光器件，由入射偏振片、法拉第旋转器和出射偏振片组成。光隔离器可将同一波长的光的偏振面向同一个方向旋转同样的角度，而与光束的传播方向无关。光隔离器的工作原理如图3-7所示，背反射光经历了两次偏振面的旋转，其偏振方向相对正向出射光旋转了90°，即与入射偏振片的传播轴垂直，因此背反射光的能量会被入射偏振片吸收。图3-8Lens2焦平面处光斑Fig3-8ThefacularpointonthefocalplaneofLens2光隔离器和TSOA均对入射光的发散角有严格要求，理想情况下的入射光为平行光。经Lens1准直后，种子激光在进入光隔离器前的光斑近似为圆形，其直径为18μm，半发散角为0.009°。光隔离器的入射孔径为2.7mm，该光束可以顺利通过光隔离器。然而，TSOA的入射窗口直径仅为3μm，为保证更多的种子激光注入到TSOA中，采用Lens2进行聚焦以压缩光斑尺寸。Lens2透射光束在Lens2焦平面位置的光斑如图3-8所示。图3-9为该焦平面处的光斑的非相干照度行截面与列截面图。TSOA入射窗口位于Lens2焦平面处，入射光的入射
本文编号：2983185
【文章来源】：西安理工大学陕西省
【文章页数】：69 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
DFB激光器输出光谱
西安理工大学硕士学位论文20图3-5TSOA输出特性Fig3-5OutputcharacteristicsofTSOA3.2发射系统结构设计DFBIsolatorTSOAIsolatorLens2Lens1Lens3CLMMM:mirrorCL:cylindricallens图3-6780nmHSRL激光发射系统Fig3-6Laseremissionsystemof780nmHSRL自主设计的780nmHSRL激光发射系统如图3-6所示。DFB激光器的输出种子激光经Lens1准直后，经由M1和M2两块宽带介质镜反射，最终由Lens2会聚注入到TSOA中。由于DFB和TSOA在固定后进行精细调节较为困难，发射系统采用的U型结构可为光路的调节和系统集成提供便利。光学系统中的背反射光会对DFB激光器和TSOA造成非常不利的影响，使之发生跳模、振幅波动或频移，甚至损坏激光器件。鉴于此，在DFB激光器和TSOA的出射端都设有光隔离器，通过反射或吸收背反射光保护半导体元件。
激光发射系统设计21入射偏振片法拉第旋转器出射偏振片45°45°45°光偏振方向光偏振方向正向出射光背反射光图3-7光隔离器工作原理图Fig3-7Schematicdiagramofisolator光隔离器是一种无源磁光器件，由入射偏振片、法拉第旋转器和出射偏振片组成。光隔离器可将同一波长的光的偏振面向同一个方向旋转同样的角度，而与光束的传播方向无关。光隔离器的工作原理如图3-7所示，背反射光经历了两次偏振面的旋转，其偏振方向相对正向出射光旋转了90°，即与入射偏振片的传播轴垂直，因此背反射光的能量会被入射偏振片吸收。图3-8Lens2焦平面处光斑Fig3-8ThefacularpointonthefocalplaneofLens2光隔离器和TSOA均对入射光的发散角有严格要求，理想情况下的入射光为平行光。经Lens1准直后，种子激光在进入光隔离器前的光斑近似为圆形，其直径为18μm，半发散角为0.009°。光隔离器的入射孔径为2.7mm，该光束可以顺利通过光隔离器。然而，TSOA的入射窗口直径仅为3μm，为保证更多的种子激光注入到TSOA中，采用Lens2进行聚焦以压缩光斑尺寸。Lens2透射光束在Lens2焦平面位置的光斑如图3-8所示。图3-9为该焦平面处的光斑的非相干照度行截面与列截面图。TSOA入射窗口位于Lens2焦平面处，入射光的入射
本文编号：2983185
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