本专利公开了一种基于马赫曾德干涉仪的激光鉴频装置。它包括三片反射镜，四块不同形状和大小的特殊棱镜，四分之一波片，三角棱镜，一维压电位移台，两块沃拉斯顿偏振器，两片会聚透镜，四个单元探测器组成，能够将先后两次入射的有微小频率差的单纵模或多纵模平行激光束分成四束相对能量依入射光频率不同而不同的出射光，再用四个单元探测器同时探测每束出射光的能量，把两次入射光对应的四个通道能量探测出来就可以反演出两入射光的频率差。本系统的优点在于：结构紧凑，光程差可粗调也可精细扫描，探测精度高，能够使用多纵模激光入射，对探测器要求较低，特别适合于车载、机载等基于移动平台的各种多普勒激光雷达鉴频系统。
【技术实现步骤摘要】
本专利涉及一种激光频率鉴定系统，具体涉及一种基于马赫曾德干涉仪的激光鉴频装置。
技术介绍
多普勒激光雷达常被用来测量风速或硬目标的移动速度，在大气物理学、气象遥感、军事武器中都有广泛应用，其中用来测量光的多普勒频移装置是这些应用中必不可少的核心部分。目前世界范围内的多普勒激光雷达所用的探测方法大体分两种，相干探测和非相干探测。非相干探测也叫直接探测，直接探测又分为边沿检测技术和条纹成像技术两种，边沿检测运用窄带滤光片鉴定风速或运动目标引起的激光的频移，条纹成像运用F-P干涉仪、Fizeau干涉仪、Michelson干涉仪或Mach-Zehnder(马赫曾德)干涉仪的干涉条纹与频率的对应关系鉴定发射光与接收回波之间的频率差从而反演出风速或运动目标的移动速度，这两种技术在普通工况下都能正常工作且各有优势，然而一旦要将系统放在移动平台上比如车载甚至星载，这两种技术又均面临过于复杂和庞大，结构不够稳定，要求被检光为单纵模激光，某些器件要求恒温条件等问题。本专利技术正是针对这种情况设计了一种对激光器稳频精度要求很低，对温度变化不敏感，不要求激光光源一定要单纵模入射，一旦各部件固定激光鉴频装置就十分稳定的一种基于马赫曾德干涉仪的激光鉴频装置。这里的马赫曾德干涉仪并非条纹成像式的马赫曾德干涉仪，而是一种四通道的非条纹成像的马赫曾德干涉仪，它基于ZhaoYanLiu和TakaoKobayashi二人于1995年提出的一种用于测风激光雷达中检测频移的装置，是对原装置的改进，相比原装置，结构更紧凑使得机载甚至星载此激光鉴频装置成为可能，光程差可调而利于装调、数据获取和反演激光频率，能够接收多纵模入射激光而拓展了激光鉴频装置的应用范围。由于本激光鉴频装置及鉴频方法没有利用条纹成像技术，可以归类为一种边沿检测技术。
技术实现思路
本专利的目的是提供一种可以探测频移的激光雷达鉴频装置，使得多普勒激光雷达风场探测、硬目标移动速度探测有一种可以接受多纵模入射激光、受温度影响小、对激光器稳频精度要求低又稳定、可靠、紧凑的鉴频装置。为了达到上述目的，本专利中的激光鉴频装置由第一反射镜1，第二反射镜4，第三反射镜7，第一特殊棱镜2，第二特殊棱镜3，第三特殊棱镜8，第四特殊棱镜9，三角棱镜6，一维压电位移台5，四分之一波片10，第一沃拉斯顿偏振器11，第二沃拉斯顿偏振器12，第一会聚透镜13，第二会聚透镜14，第一单元探测器15，第二单元探测器16，第三单元探测器17，第四单元探测器18共同组成。所述的第一反射镜1、第二反射镜4、第三反射镜7、三角棱镜6、四分之一波片10的高度不超过第一特殊棱镜2、第二特殊棱镜3、第三特殊棱镜8、第四特殊棱镜9中最低高度的一半。所述的三角棱镜6下方装有用以精确控制和扫描激光鉴频装置光程差的一维压电位移台5。平行入射的参考激光或被检激光光束经与入射光轴成45°放置的第一反射镜1反射后垂直入射进入第一特殊棱镜2，在第一特殊棱镜2的紧挨第二特殊棱镜3的且被部分镀以半透半反膜的面上，含有参考激光或被检激光50％光能量的光束透过此面直达四分之一波片10并透过四分之一波片10，而另外含有参考激光或被检激光50％光能量的光在此反射回第一特殊棱镜2内部，并在与被部分镀以半透半反膜的面平行的另一个面再次被反射，反射光再透过第一特殊棱镜2和第二特殊棱镜3，到达与此处光轴成45°角放置的反射镜4并被反射到三角棱镜6，在三角棱镜6中经历两次内反射后出射到与此处光轴成45°放置的第三反射镜7，被第三反射镜7反射的光遭遇并透过第三特殊棱镜8到达第四特殊棱镜9，这时从四分之一波片10出射的含有50％参考激光或被检激光能量的光束与从第三特殊棱镜出射的同样含有50％参考激光或被检激光能量的光束相互平行，它们垂直入射到特殊棱镜9，被第四特殊棱镜9抬升一定高度后沿入射光轴出射，出射方向与入射方向相反，出射的两束光位置高于四分之一波片10、第一反射镜1、第二反射镜4和第三反射镜7的最高高度而低于第三特殊棱镜8、第二特殊棱镜3、第一特殊棱镜2的最高高度，因此两束光经特殊棱镜9出射后其中一束将通过四分之一波片10的上方直接到达第二特殊棱镜3，另一束将经历第三特殊棱镜8到达第二特殊棱镜3；从四分之一波片10上方入射到第二特殊棱镜3的光束穿过第二特殊棱镜3后到达第一特殊棱镜2的被部分镀了半透半反膜的面后被再次分光，含有参考激光或被检激光25％的能量的光透过此面并经历第一特殊棱镜2再到达第二沃拉斯顿偏振器12，被第二沃拉斯顿偏振器12分成两束出射方向不一样的含有不同偏振分量的平行光，一束斜向上另一束斜向下，两平行光经过第二会聚透镜14被聚焦到其焦平面上的两点，以上下对齐的第二单元探测器16和第四单元探测器18接收焦平面上的光斑能量；在第一特殊棱镜2的部分镀有半透半反膜的面上，含有参考光或被检光25％的能量的光从该面反射后，经历第二特殊棱镜3，被其与第一特殊棱镜2紧挨的面平行的另一个面反射并再次经历第二特殊棱镜3，出射到第一沃拉斯顿偏振器11前，被第一沃拉斯顿偏振器11分成两束斜出射的含有不同偏振分量的平行光，这两束光被第一会聚透镜13会聚到达第一会聚透镜13的焦平面上，光斑落在上下对齐放置的第一单元探测器15和第三单元探测器17上；经历第三特殊棱镜8到达第二特殊棱镜3的光束穿过第二特殊棱镜3，在第一特殊棱镜2的与两特殊棱镜接合面平行的另一面处反射一次到达第一特殊棱镜2的部分镀有半透半反膜的面上，在此面上含有参考激光或被检激光25％光能量的光透过此面到达与两棱镜接合面平行的第二特殊棱镜3的一面并被反射，反射光束出射第二特殊棱镜3到达第一沃拉斯顿偏振器11，它也会被分成两束方向不同含有不同偏振光分量的斜出射平行光束并被第一会聚透镜13聚焦到其焦平面的第一单元探测器15和第三单元探测器17上；在第一特殊棱镜2的部分镀有半透半反膜的面处还有含有参考激光或被检激光25％光能量的光被反射并出射第一特殊棱镜2到达第二沃拉斯顿偏振器12，被第二沃拉斯顿偏振器12分成两束方向不同的含有不同偏振分量的斜出射平行光，这两束平行光再经第二会聚透镜14分别到达其焦平面上的第二单元探测器16和第四单元探测器18上。所述的一种基于马赫曾德干涉仪的激光鉴频装置中，三角棱镜6下方装有一维压电位移台5，用以精确控制或扫描激光鉴频装置的光程差L，此光程差为进入三角棱镜6并两次透过第三特殊棱镜8的一束平行光与经过四分之一波片10一次的一束平行光之间的光程之差，前者光程为第一特殊棱镜2和第二特殊棱镜3接合处的分界面处反射的含有50％入射光能量的光束经历第一特殊棱镜2、第二特殊棱镜3、第二反射镜4、三角棱镜6、第三反射镜7、第三特殊棱镜8、第四特殊棱镜9、第三特殊棱镜8、第二特殊棱镜3、第一特殊棱镜2后再次到达前述分界面处的光程，后者光程为在前述分界面处透射的含有50％入射光能量的一束平行光，经历四分之一波片10、第四特殊棱镜9、第二特殊棱镜3再次到达前述分界面处的光程，上述所有在棱镜中的光程要乘以棱镜材料的折射率计入总光程中。单纵模激光鉴频时，首先向所述的激光鉴频装置发射一束已知频率的参考单纵模激光束，由四个单元探测器获取四个光强对应的电压值，然后向所述的激光鉴频装置发射一束与参考光频率本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种基于马赫曾德干涉仪的激光鉴频装置，包括第一反射镜(1)，第二反射镜(4)，第三反射镜(7)，第一特殊棱镜(2)，第二特殊棱镜(3)，第三特殊棱镜(8)，第四特殊棱镜(9)，三角棱镜(6)，一维压电位移台(5)，四分之一波片(10)，第一沃拉斯顿偏振器(11)，第二沃拉斯顿偏振器(12)，第一会聚透镜(13)，第二会聚透镜(14)，第一单元探测器(15)，第二单元探测器(16)，第三单元探测器(17)和第四单元探测器(18)；其特征在于：所述的第一反射镜(1)、第二反射镜(4)、第三反射镜(7)、三角棱镜(6)、四分之一波片(10)的高度不超过第一特殊棱镜(2)、第二特殊棱镜(3)、第三特殊棱镜(8)、第四特殊棱镜(9)中最低高度的一半；所述的三角棱镜(6)下方装有用以精确控制和扫描激光鉴频装置光程差的一维压电位移台(5)；平行入射的参考激光或被检激光光束经与入射光轴成45°放置的第一反射镜(1)反射后垂直入射进入第一特殊棱镜(2)，在第一特殊棱镜(2)的紧挨第二特殊棱镜(3)的且被部分镀以半透半反膜的面上，含有参考激光或被检激光50％光能量的光束透过此面直达四分之一波片(10)并透过四分之一波片(10)，而另外含有参考激光或被检激光50％光能量的光在此反射回第一特殊棱镜(2)内部，并在与被部分镀以半透半反膜的面平行的另一个面再次被反射，反射光再透过第一特殊棱镜(2)和第二特殊棱镜(3)，到达与此处光轴成45°角放置的反射镜(4)并被反射到三角棱镜(6)，在三角棱镜(6)中经历两次内反射后出射到与此处光轴成45°放置的第三反射镜(7)，被第三反射镜(7)反射的光遭遇并透过第三特殊棱镜(8)到达第四特殊棱镜(9)，这时从四分之一波片(10)出射的含有50％参考激光或被检激光能量的光束与从第三特殊棱镜出射的同样含有50％参考激光或被检激光能量的光束相互平行，它们垂直入射到特殊棱镜(9)，被第四特殊棱镜(9)抬升一定高度后沿入射光轴出射，出射方向与入射方向相反，出射的两束光位置高于四分之一波片(10)、第一反射镜(1)、第二反射镜(4)和第三反射镜(7)的最高高度而低于第三特殊棱镜(8)、第二特殊棱镜(3)、第一特殊棱镜(2)的最高高度，因此两束光经特殊棱镜(9)出射后其中一束将通过四分之一波片(10)的上方直接到达第二特殊棱镜(3)，另一束将经历第三特殊棱镜(8)到达第二特殊棱镜(3)；从四分之一波片(10)上方入射到第二特殊棱镜(3)的光束穿过第二特殊棱镜(3)后到达第一特殊棱镜(2)的被部分镀了半透半反膜的面后被再次分光，含有参考激光或被检激光25％的能量的光透过此面并经历第一特殊棱镜(2)再到达第二沃拉斯顿偏振器(12)，被第二沃拉斯顿偏振器(12)分成两束出射方向不一样的含有不同偏振分量的平行光，一束斜向上另一束斜向下，两平行光经过第二会聚透镜(14)被聚焦到其焦平面上的两点，以上下对齐的第二单元探测器(16)和第四单元探测器(18)接收焦平面上的光斑能量；在第一特殊棱镜(2)的部分镀有半透半反膜的面上，含有参考光或被检光25％的能量的光从该面反射后，经历第二特殊棱镜(3)，被其与第一特殊棱镜(2)紧挨的面平行的另一个面反射并再次经历第二特殊棱镜(3)，出射到第一沃拉斯顿偏振器(11)前，被第一沃拉斯顿偏振器(11)分成两束斜出射的含有不同偏振分量的平行光，这两束光被第一会聚透镜(13)会聚到达第一会聚透镜(13)的焦平面上，光斑落在上下对齐放置的第一单元探测器(15)和第三单元探测器(17)上；经历第三特殊棱镜(8)到达第二特殊棱镜(3)的光束穿过第二特殊棱镜(3)，在第一特殊棱镜(2)的与两特殊棱镜接合面平行的另一面处反射一次到达第一特殊棱镜(2)的部分镀有半透半反膜的面上，在此面上含有参考激光或被检激光25％光能量的光透过此面到达与两棱镜接合面平行的第二特殊棱镜(3)的一面并被反射，反射光束出射第二特殊棱镜(3)到达第一沃拉斯顿偏振器(11)，它也会被分成两束方向不同含有不同偏振光分量的斜出射平行光束并被第一会聚透镜(13)聚焦到其焦平面的第一单元探测器(15)和第三单元探测器(17)上；在第一特殊棱镜(2)的部分镀有半透半反膜的面处还有含有参考激光或被检激光25％光能量的光被反射并出射第一特殊棱镜(2)到达第二沃拉斯顿偏振器(12)，被第二沃拉斯顿偏振器(12)分成两束方向不同的含有不同偏振分量的斜出射平行光，这两束平行光再经第二会聚透镜(14)分别到达其焦平面上的第二单元探测器(16)和第四单元探测器(18)上；激光鉴频装置的光程差L为进入三角棱镜(6)并两次透过第三特殊棱镜(8)的一束光与经过四分之一波片(10)一次的一束光之间的光程差，前者光程为第一特殊棱镜(2)和第二特殊棱镜(3)接合面处反射的含有50％...
【技术特征摘要】
1.一种基于马赫曾德干涉仪的激光鉴频装置，包括第一反射镜(1)，第二反射镜(4)，第三反射镜(7)，第一特殊棱镜(2)，第二特殊棱镜(3)，第三特殊棱镜(8)，第四特殊棱镜(9)，三角棱镜(6)，一维压电位移台(5)，四分之一波片(10)，第一沃拉斯顿偏振器(11)，第二沃拉斯顿偏振器(12)，第一会聚透镜(13)，第二会聚透镜(14)，第一单元探测器(15)，第二单元探测器(16)，第三单元探测器(17)和第四单元探测器(18)；其特征在于：所述的第一反射镜(1)、第二反射镜(4)、第三反射镜(7)、三角棱镜(6)、四分之一波片(10)的高度不超过第一特殊棱镜(2)、第二特殊棱镜(3)、第三特殊棱镜(8)、第四特殊棱镜(9)中最低高度的一半；所述的三角棱镜(6)下方装有用以精确控制和扫描激光鉴频装置光程差的一维压电位移台(5)；平行入射的参考激光或被检激光光束经与入射光轴成45°放置的第一反射镜(1)反射后垂直入射进入第一特殊棱镜(2)，在第一特殊棱镜(2)的紧挨第二特殊棱镜(3)的且被部分镀以半透半反膜的面上，含有参考激光或被检激光50％光能量的光束透过此面直达四分之一波片(10)并透过四分之一波片(10)，而另外含有参考激光或被检激光50％光能量的光在此反射回第一特殊棱镜(2)内部，并在与被部分镀以半透半反膜的面平行的另一个面再次被反射，反射光再透过第一特殊棱镜(2)和第二特殊棱镜(3)，到达与此处光轴成45°角放置的反射镜(4)并被反射到三角棱镜(6)，在三角棱镜(6)中经历两次内反射后出射到与此处光轴成45°放置的第三反射镜(7)，被第三反射镜(7)反射的光遭遇并透过第三特殊棱镜(8)到达第四特殊棱镜(9)，这时从四分之一波片(10)出射的含有50％参考激光或被检激光能量的光束与从第三特殊棱镜出射的同样含有50％参考激光或被检激光能量的光束相互平行，它们垂直入射到特殊棱镜(9)，被第四特殊棱镜(9)抬升一定高度后沿入射光轴出射，出射方向与入射方向相反，出射的两束光位置高于四分之一波片(10)、第一反射镜(1)、第二反射镜(4)和第三反射镜(7)的最高高度而低于第三特殊棱镜(8)、第二特殊棱镜(3)、第一特殊棱镜(2)的最高高度，因此两束光经特殊棱镜(9)出射后其中一束将通过四分之一波片(10)的上方直接到达第二特殊棱镜(3)，另一束将经历第三特殊棱镜(8)到达第二特殊棱镜(3)；从四分之一波片(10)上方入射到第二特殊棱镜(3)的光束穿过第二特殊棱镜(3)后到达第一特殊棱镜(2)的被部分镀了半透半反膜的面后被再次分光，含有参考激光或被检激光25％的能量的光透过此面并经历第一特殊棱镜(2)再到达第二沃拉斯顿偏振器(12)，被第二沃拉斯顿偏振器(12)分成两束出射方向不一样的含有不同偏振分量的平行光，一束斜向上另一束斜向下，两平行光经过第二会聚透镜(14)被聚焦到其焦平面上的两点，以上下对齐的第二单元探测器(16)和第四单元探测器(18)接收焦平面上的光斑能量；在第一特殊棱镜(2)的部分镀有半透半反膜的面上，含有参考光或被检光25％的能量的光从该面反射后，经历第二特殊棱镜(3)，被其与第一特殊棱镜(2)紧挨的面平行的另一个面反射并再次经历第二特殊棱镜(3)，出射到第一沃拉斯顿偏振器(11)前，被第一沃拉斯顿偏振器(11)分成两束斜出射的含有不同偏振分量的平行光，这两束光被第一会聚透镜(13)会聚到达第一会聚透镜(13)的焦平面上，光斑落在上下对齐放置的第一单元探测器(15)和第三单元探测器(17)上；经历第三特殊棱镜(8)到达第二特殊棱镜(3)的光束穿过第二特殊棱镜(3)，在第一特殊棱镜(2)的与两特殊棱镜接合面平行的另一面处反射一次到达第一特殊棱镜(2)的部分镀有半透半反膜的面上，在此面上含有参考激光或被检激光25％光能量的光透过此面到达与两棱镜接合面平行的第二特殊棱镜(3)的一面并被反射，反射光束出射第二特殊棱镜(3)到达第一沃拉斯顿偏振器(11)，它也会被分成两束方向不同含有不同偏振光分量的斜出射平行光束并被第一会聚透镜(13)聚焦到其焦平面的第一单元探测器(15)和第三单元探测器(17)上；在第一特殊棱镜(2)的部分镀有半透半反膜...
【专利技术属性】
技术研发人员：洪光烈，周艳波，舒嵘，
申请(专利权)人：中国科学院上海技术物理研究所，
类型：新型
国别省市：上海;31
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