相干激光测风雷达中1.55μm光外差接收实验研究

• 作 者: 李明卓
• 机 构: 哈尔滨工业大学
• 出 处: 哈尔滨工业大学
• 发表日期: 2007年期
• 关键词: 相干激光测风雷达 外差探测 外差效率 本振光功率

相干激光测风雷达以其近量子噪声极限的探测灵敏度,高信噪比,高精度的晴空探测能力等特点,目前已经成为大气风场测量的重要工具之一。对于气象预报,军事国防,航空安全预警等诸多方面都有重要的意义。但对于相干激光测风雷达,由于外差探测对光学对准的严格要求,如何改善系统外差效率,进一步高信噪比依然是目前面临的主要问题。论文首先讨论了影响外差探测效率的主要因素:外差效率随着空间准直角失配程度和平行偏移量的增加会持续降低,当空间准直角到达52.3mrad时,外差效率已经下降到0.2,存在最佳的相对光敏面光斑大小使外差效率达到最大,偏振态失配会造成外差效率的下降。本振光功率也会对外差探测系统信噪比产生影响。利用光电探测器的小信号等效电路针对于光导型和光伏型光电探测器最佳本振光功率进行了研究。得到理论上最佳本振光功率值。对于温度300K,负载电阻为75Ω的PIN硅光电二极管,其理论计算最佳本振光功率为0.26 mW。而对于内阻1MΩ,负载电阻1MΩ的光导探测器,在恒压偏置时其理论计算最佳本振光功率在2.3mW附近,恒流偏置时其理论计算最佳本振光功率在2.8mW附近。论文完成了保偏光纤光路1.55μm光外差接收实验系统设计,采用了光纤无源器件,声光移频器件和光电接收模块。使用全保偏光纤光路的目的在于提高系统光学准直性能,降低空间准直角失配,平行偏移失配,偏振态失配对外差效率的影响,并提高激光雷达系统的稳定性。实验中观测到了稳定的100MHz外差中频信号。最后进行了最佳本振光功率的实验,获得了本振光功率在0.18 mW,0.27 mW,0.49 mW,0.63 mW,0.98 mW下的外差信号波形,实验结果的拟合曲线与理论计算结果比较一致。