保持法布里-珀罗干涉仪中心波长稳定的系统及方法

本发明属于激光雷达回波信号的窄带滤波，特别涉及一种保持法布里-珀罗干涉仪中心波长稳定的系统及方法。

背景技术：

1、激光雷达在白天进行观测时，受限于极强的太阳背景光，需要通过积累激光脉冲的方法来提高回波信号信噪比，但其效果却有限，并且牺牲了时间分辨率和空间分辨率。激光雷达接收的大气散射回波信号和背景光相比，前者的光谱带宽非常窄，而后者是一个宽谱信号。因此，可以利用窄带滤波技术，有效抑制接收的背景光信号强度，从而提高激光雷达白天探测回波信号的信噪比。法布里-珀罗干涉仪是一种较为常用的窄带滤波器，具有高度灵敏、可调谐等优点。目前其半高全宽已做到数个皮米，可实现超窄带滤波。但正是由于其超窄带的特点，当出射激光的中心波长(频率)出现抖动时，回波信号也有可能被滤除。为解决这一问题，一方面要对出射激光进行稳频，另一方面是对作为窄带滤波器的法布里-的中心波长进行实时调谐，从而实现与激光波长的动态匹配。作为窄带滤波器的法布里-珀罗干涉仪，如何获得一个稳定的中心波长是实现与激光波长的动态匹配的问题之一。

技术实现思路

1、为了解决了上述技术问题，本发明提出了一种保持法布里-珀罗干涉仪中心波长稳定的系统及方法，具体技术方案如下：

2、保持法布里-珀罗干涉仪中心波长稳定的系统，包括激光器、激光接收器、待调谐的法布里-珀罗干涉仪、第一信号探测单元、第二信号探测单元、气压动态稳定组件；

3、所述激光器产生设定波长的光束作为基频光，所述激光接收器用于接收包含大气信息的后向散射光；

4、所述基频光经过所述法布里-珀罗干涉仪滤波后的光束输出到第一信号探测单元中，所述后向散射光经过所述法布里-珀罗干涉仪滤波后的光束输出到第二信号探测单元中；

5、所述气压动态稳定组件获取第一信号探测单元和第二探测单元的信号，将所述法布里-珀罗干涉仪动态稳定在第一气压值处，所述第一气压值为所述后向散射光对应的大气回波信号强度最大值时的气压值。

6、可选的，所述气压动态稳定组件包括气压传感器、数据采集处理单元、气压调谐模块；

7、所述气压传感器用于检测所述法布里-珀罗干涉仪的实时气压；

8、所述数据采集处理单元与所述气压传感器、所述第一信号探测单元和第二信号探测单元连接，还与所述气压调谐模块连接用于将所述法布里-珀罗干涉仪的气压动态稳定在所述第一气压值处。

9、可选的，所述气压调谐模块包括步进电机、活塞、气缸，所述数据采集处理单元发送脉冲信号至步进电机，所述步进电机推动活塞来回运动，活塞的位置变动影响气缸容积，用于改变法布里-珀罗干涉仪内的气压。

10、可选的，所述基频光的波长为λ，发射激光和后向散射光的波长均为λ/3。

11、可选的，还包括分色镜，所述基频光和后向散射光均通过分色镜射入法布里-珀罗干涉仪，所述基频光与所述后向散射光保持共轴，并保证垂直入射到法布里-珀罗干涉仪。

12、可选的，所述数据采集处理单元包括第一数据采集卡、第二数据采集卡和工控机，所述第一数据采集卡用于采集第一信号探测单元的第一光功率，所述第二数据采集卡用于采集第二信号探测单元的第二光功率，所述工控机与第一数据采集卡和第二数据采集卡连接。

13、可选的，所述工控机包括pid控制单元，所述工控机通过第二数据采集卡输出脉冲信号至气压调谐模块的信号受控端。

14、可选的，所述工控机包括pid控制单元，所述工控机输出脉冲信号至气压调谐模块的信号受控端。

15、保持法布里-珀罗干涉仪中心波长稳定的方法，利用上述保持法布里-珀罗干涉仪中心波长稳定的系统，包括：

16、在太阳光强度在设定范围变化时，所述气压调谐模块采用气压扫描的方式改变所述法布里-珀罗干涉仪的气压，获取不同气压下所述第一信号探测单元探测到的大气回波信号下的第一光功率，确定第一光功率值最大时对应的第一气压值；

17、基于稳定的第一气压值可保持法布里-珀罗干涉仪中心波长的稳定。

18、可选的，所述确定第一光功率值最大时对应的第一气压值，包括：

19、在气压扫描过程中，所述第一光功率值对应多个气压值，选择光功率最大值时对应的气压值作为第一气压值。

20、本发明的优点在于：

21、(1)本申请通过获得所述后向散射光对应的回波信号强度最大值时的气压值，法布里-珀罗干涉仪维持在该第一气压值时，峰值透过率是稳定的，即峰值透过率对应的波长就是中心波长也是稳定的，奠定与激光波长动态匹配的一个基础。

22、(2)本发明可实现基频光与后向散射光共口径的中心波长监测，无需为法布里-珀罗干涉仪单独增加监测通道，简化了光路的同时还可以减小法布里-珀罗干涉仪的有效通光口径，从而降低研制技术难度以及成本。

技术特征：

1.保持法布里-珀罗干涉仪中心波长稳定的系统，其特征在于，包括激光器、激光接收器、待调谐的法布里-珀罗干涉仪、第一信号探测单元、第二信号探测单元、气压动态稳定组件；

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述气压动态稳定组件包括气压传感器、数据采集处理单元、气压调谐模块；

3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述气压调谐模块包括步进电机、活塞、气缸，所述数据采集处理单元发送脉冲信号至步进电机，所述步进电机推动活塞来回运动，活塞的位置变动影响气缸容积，用于改变法布里-珀罗干涉仪内的气压。

4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述基频光的波长为λ，发射激光和后向散射光的波长均为λ/3。

5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，还包括分色镜，所述基频光和后向散射光均通过分色镜射入法布里-珀罗干涉仪，所述基频光与所述后向散射光保持共轴，并保证垂直入射到法布里-珀罗干涉仪。

6.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述数据采集处理单元包括第一数据采集卡、第二数据采集卡和工控机，所述第一数据采集卡用于采集第一信号探测单元的第一光功率，所述第二数据采集卡用于采集第二信号探测单元的第二光功率，所述工控机与第一数据采集卡和第二数据采集卡连接。

7.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，所述工控机包括pid控制单元，所述工控机通过第二数据采集卡输出脉冲信号至气压调谐模块的信号受控端。

8.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，所述工控机包括pid控制单元，所述工控机输出脉冲信号至气压调谐模块的信号受控端。

9.保持法布里-珀罗干涉仪中心波长稳定的方法，利用权利要求1-8任意一项所述的保持法布里-珀罗干涉仪中心波长稳定的系统，其特征在于，包括：

10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述确定第一光功率值最大时对应的第一气压值，包括：

技术总结
保持法布里‑珀罗干涉仪中心波长稳定的系统及方法，系统包括激光器、激光接收器、待调谐的法布里‑珀罗干涉仪、第一信号探测单元、第二信号探测单元、气压动态稳定组件；激光器产生设定波长的光束作为基频光，激光接收器用于接收后向散射光；气压动态稳定组件获取第一信号探测单元和第二探测单元的信号，将法布里‑珀罗干涉仪动态稳定在第一气压值处，第一气压值为后向散射光对应的大气回波信号强度最大值时的气压值。本申请通过获得所述后向散射光对应的回波信号强度最大值时的气压值，法布里‑珀罗干涉仪维持在该第一气压值时，峰值透过率是稳定的，即峰值透过率对应的波长就是中心波长也是稳定的，奠定与激光波长动态匹配的一个基础。

技术研发人员：邓迁,吴德成,李乘,王邦新,钟志庆,刘东,谢晨波,王英俭
受保护的技术使用者：中国科学院合肥物质科学研究院
技术研发日：
技术公布日：2024/4/24