专利名称：基于拉曼技术的差分激光雷达光路自动转换装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种光路转换装置，尤其是基于拉曼技术的差分激光雷达光路自动转换装置。
背景技术：
目前，人们为了探测大气中的污染气体的浓度，常使用差分激光测污雷达。如在本申请人的一份中国专利CN1139802C(授权公告日为2004年2月25日)中曾描述过一种“适用于差分吸收激光雷达测污染气体的激光源方法”。实现该方法的装置由受一只两路Q开关控制的两台激光器、该两台激光器输出光路上分别设置的倍频晶体和拉曼管构成；适用时，两台激光器在两路Q开关的控制下，交替输出波长为1064nm的两束激光，该两束激光分别经同倍数的倍频晶体倍频，再分别经充有甲烷和氘气的拉曼管移频后，交替输出两束波长相近、光束平行的探测选定的污染气体的受激拉曼散射激光。但是，这种方法所对应的装置存在的不足之处是，首先，为获得交替输出的两束不同波长的受激拉曼散射激光，使用了两套激光光源，即一只两路Q开关、两台激光器和两只同倍数的倍频晶体，致使其结构复杂、造价高昂；其次，交替输出的两束不同波长的受激拉曼散射激光只能用来探测一种选定的污染气体，若需探测其他污染气体，则需更换上相应倍数的倍频晶体，并需对更换了倍频晶体的光路再次进行调整，使得雷达整机或是探测污染气体的种类有限，或是使用、维护不便；再次，因得到的两束受激拉曼散射激光是相互平行的，若将它们作为发射光直接发射出去，则其回波因有盲区，将使得激光雷达无法接收到近距离的污染气体的探测回波，致使探测的近端距离受到一定的限制。
发明内容
本发明要解决的技术问题为克服现有技术中的不足之处，提供一种结构简单，实用，使用方便的基于拉曼技术的差分激光雷达光路自动转换装置。
所采用的技术方案包括激光器及其输出光路上依次置有的倍频晶体和拉曼管，特别是所说倍频晶体为置于晶体电移台上的、不同倍数的两只，所说拉曼管为由三根平行设置的其中充有不同气体的拉曼管构成的拉曼管组，且置于管组电移台上，所说晶体电移台和管组电移台分别与晶体步进电机和管组步进电机相连接，所说晶体步进电机和管组步进电机的输入端分别与晶体步进电机控制器和管组步进电机控制器的输出端电连接。
作为技术方案的进一步改进，所述的晶体电移台和管组电移台的移动轨迹垂直于激光器的输出光路；所述的晶体电移台和管组电移台分别与固定在工作平台上的晶体电移台导轨和管组电移台导轨动配合连接；所述的晶体电移台和管组电移台分别经丝杠螺母付与固定在工作平台上的晶体步进电机和管组步进电机相连接；所述的晶体电移台上的螺母与和晶体步进电机同轴连接的丝杠动配合连接，管组电移台上的螺母与和管组步进电机同轴连接的丝杠动配合连接；所述的晶体步进电机控制器和管组步进电机控制器的控制信号输入端与微型计算机的I/O端口电连接；所述的激光器为同轴输出1064nm和532nm两个波长的Nd:YAG激光器；所述的倍频晶体为三倍频晶体和四倍频晶体；所述的拉曼管组的三根拉曼管中分别充有甲烷、氘气和氢气；所述的激光器的泵浦源的工作信号控制端经微型计算机的RS232端口与其电连接。
相对于现有技术的有益效果是，其一，将多只倍频晶体和拉曼管分别置于晶体电移台和管组电移台上，通过控制晶体电移台或管组电移台的移动，可将所需的倍频晶体或拉曼管移入或撤出激光光路，既满足了差分激光测污雷达测污时须用两个波长不同的激光束来探测一种污染气体浓度的要求，又使激光雷达的输出在极短的时间内可从一个波长转换至另一个波长，还使两个波长不同的激光束为同轴发射，从而省却了一套激光光源，即一只两路Q开关、一台激光器和一只同倍数的倍频晶体，极大地简化了结构和降低了造价；其二，置于晶体电移台上的两只不同倍数的倍频晶体和管组电移台上三根平行设置的其中充有不同气体的拉曼管，经不同的组合，可使其输出六个波长不同的激光束，完全满足了常用的测污需求，即探测大气中的二氧化硫、二氧化氮和臭氧的浓度的要求；其三，不同波长的激光束的同轴发射，不仅不存在回波盲区的问题，还可用同一只望远镜作为发射和接收之镜，这又可进一步简化结构和降低造价；其四，使用固定在工作平台上的导轨来分别定位和支撑晶体电移台和管组电移台，以及使用固定在工作平台上的步进电机分别经丝杠螺母付与晶体电移台和管组电移台相动配合连接，除能保证晶体电移台和管组电移台的移动速度之外，可于一秒和一点五秒以内分别将所需的倍频晶体和拉曼管置于光路中，还能确保其移动后的定位精度，其距离误差仅小于0.05毫米；其五，晶体步进电机控制器和管组步进电机控制器的控制信号输入端，以及激光器的泵浦源的工作信号控制端均与微型计算机电连接，使雷达整机的自动化程度大大地提升了。
下面结合附图对本发明的优选方式作进一步详细的描述。
图1是本发明的一种基本结构示意图。
具体实施例方式
参见图1，工作平台2上固定有激光器1、导轨(4，7)和步进电机(19，14)；其中，激光器1为同轴输出1064nm和532nm两个波长的Nd:YAG激光器，导轨(4，7)的导轨走向与激光器1的输出光路相垂直。导轨4上置有与其动配合装配的电移台3，该电移台3经其上的螺母18与和步进电机19同轴连接的丝杠20动配合连接，电移台3上还固定有三倍频晶体5和四倍频晶体21。导轨7上置有与其动配合装配的电移台8，该电移台8经其上的螺母13与和步进电机14同轴连接的丝杠15动配合连接，电移台8上还固定有拉曼管组6，此拉曼管组6由充有甲烷的拉曼管9、充有氘气的拉曼管10和充有氢气的拉曼管11组成。步进电机(19，14)的输入端分别与步进电机控制器(17，16)的输出端电连接，步进电机控制器(17，16)的控制信号输入端与微型计算机12的I/O端口电连接，激光器1的泵浦源的工作信号控制端经微型计算机12的RS232端口与其电连接。
使用时，根据需探测的污染气体，分别选择倍频晶体(5，21)和拉曼管(9，10，11)，通过快速移动电移台(3，8)，将选定的三倍频晶体5或四倍频晶体21置于激光器1的输出光路中，并将选定的两只拉曼管交替地置于激光器1的输出光路中，就可由相应的拉曼管获得探测该污染气体的波长的拉曼散射激光。如需测二氧化硫的浓度，则将选定的四倍频晶体21通过电移台3置于激光器1的输出光路中，并将选定的拉曼管9和拉曼管10交替地置于激光器1的输出光路中，由拉曼管9和拉曼管10的输出可分别得到探测二氧化硫浓度所需波长的拉曼散射激光。
显然，本领域的技术人员可以对本发明的基于拉曼技术的差分激光雷达光路自动转换装置进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。
权利要求
1.一种基于拉曼技术的差分激光雷达光路自动转换装置，包括激光器(1)及其输出光路上依次置有的倍频晶体和拉曼管，其特征在于所说倍频晶体为置于电移台(3)上的、不同倍数的两只，所说拉曼管为由三根平行设置的其中充有不同气体的拉曼管构成的拉曼管组(6)，且置于电移台(8)上，所说电移台(3，8)分别与步进电机(19，14)相连接，所说步进电机(19，14)的输入端分别与步进电机控制器(17，16)的输出端电连接。
2.根据权利要求1所述的基于拉曼技术的差分激光雷达光路自动转换装置，其特征是电移台(3，8)的移动轨迹垂直于激光器(1)的输出光路。
3.根据权利要求2所述的基于拉曼技术的差分激光雷达光路自动转换装置，其特征是电移台(3，8)分别与固定在工作平台(2)上的导轨(4，7)动配合连接。
4.根据权利要求3所述的基于拉曼技术的差分激光雷达光路自动转换装置，其特征是电移台(3，8)分别经丝杠螺母付与固定在工作平台(2)上的步进电机(19，14)相连接。
5.根据权利要求4所述的基于拉曼技术的差分激光雷达光路自动转换装置，其特征是电移台(3)上的螺母(18)与和步进电机(19)同轴连接的丝杠(20)动配合连接，电移台(8)上的螺母(13)与和步进电机(14)同轴连接的丝杠(15)动配合连接。
6.根据权利要求1所述的基于拉曼技术的差分激光雷达光路自动转换装置，其特征是步进电机控制器(17，16)的控制信号输入端与微型计算机(12)的I/O端口电连接。
7.根据权利要求1所述的基于拉曼技术的差分激光雷达光路自动转换装置，其特征是激光器(1)为同轴输出1064nm和532nm两个波长的Nd:YAG激光器。
8.根据权利要求1所述的基于拉曼技术的差分激光雷达光路自动转换装置，其特征是倍频晶体为三倍频晶体(5)和四倍频晶体(21)。
9.根据权利要求1所述的基于拉曼技术的差分激光雷达光路自动转换装置，其特征是拉曼管组(6)的拉曼管(9)中充有甲烷、拉曼管(10)中充有氘气、拉曼管(11)中充有氢气。
10.根据权利要求1所述的基于拉曼技术的差分激光雷达光路自动转换装置，其特征是激光器(1)的泵浦源的工作信号控制端经微型计算机(8)的RS232端口与其电连接。
全文摘要
本发明公开了一种基于拉曼技术的差分激光雷达光路自动转换装置。它包括激光器(1)及其输出光路上依次置有的倍频晶体和拉曼管，特别是倍频晶体为置于电移台(3)上的、不同倍数的两只，拉曼管为由三根平行设置的其中充有不同气体的拉曼管构成的拉曼管组(6)，且置于电移台(8)上，电移台(3，8)分别与步进电机(19，14)相连接，步进电机(19，14)的输入端分别与步进电机控制器(17，16)的输出端电连接；所述的电移台(3，8)分别与工作平台(2)上的导轨(4，7)动配合连接、经丝杠螺母副与工作平台(2)上的步进电机(19，14)相连接。它能输出六个波长不同的激光束，可用于探测大气中的二氧化硫、二氧化氮和臭氧的浓度。
文档编号G01N21/63GK1696665SQ200410014909
公开日2005年11月16日 申请日期2004年5月14日 优先权日2004年5月14日
发明者邵石生, 江庆五, 谭锟, 张寅超, 陶宗明, 曹开法, 刘小勤, 胡明勇, 樊仲维, 胡欢陵 申请人:中国科学院安徽光学精密机械研究所, 北京国科世纪激光技术有限公司