分球，大部分进入大气中。进入积分球的光从积分球的两个出口，一个用于激光频率锁定，另一路进入激光发射频率零点校准光纤1，激光发射频率零点校准光纤的一端由第一光纤调整架3固定，出射光经过第一准直镜5的准直后，入射到非偏振棱镜组成的分光-反射棱镜组中的分光棱镜7，调节第一光纤调整架3，使得光垂直入射到分光棱镜7，在分光棱镜7分成两束光，一束进入法布里-泊罗标准具9的信号通道一 10，一束经过反射棱镜8，反射后进入法布里-泊罗标准具9的信号通道二 11，经过耦合透镜12和13的会聚之后，分别由第一探测器14、第二探测器15接收。其中分光棱镜7和反射棱镜8是通过分子间作用力连结的整体。
[0038]进入大气的激光，与大气发生作用，产生后向散射信号，由望远镜接收。光开光关闭时，望远镜接收的光无法进入多普勒鉴频装置，待激光频率零点校准信号采集结束，光开光打开，回波信号进入信号光纤2，信号光纤的一端由第二光纤调整架4固定，出射光经过第二准直镜6的准直后，入射到非偏振棱镜组成的分光-反射棱镜组中的分光棱镜7，调节第二光纤调整架4，使得光垂直入射到分光棱镜7，在分光棱镜7分成两束光，一束进入法布里-泊罗标准具9的信号通道一 10，一束经过反射棱镜8，反射后进入法布里-泊罗标准具9的信号通道二 11，经过耦合透镜12和13的会聚之后，分别由第一探测器14、第二探测器15接收。
[0039]第一探测器14、第二探测器15均有两种采集模式:模拟和光子计数两种采集方式，在信号较强的情况下，探测器可以采用模拟采集方式；而在信号较弱的情况下采用光子计数的方式，保证了采集信号强度的动态范围。同时，通过可编程门控，可以根据需要的探测范围，调整输出的门控信号。输出高电平时，可以采集大气的后向散射信号；输出低电平时，可以屏蔽探测器采集的信号。在近场信号时，门控信号输出的是低电平，使近场的可能使探测器工作在非线性区的强信号被屏蔽；在所需要的测量范围处，门控信号输出高电平，开始采集大气回波信号。
[0040]如图2所不为本发明中的分光-反射棱镜组，由三块棱镜组成:其中第一直角棱镜208和第二直角棱镜209组成分光棱镜，两个直角棱镜之间镀有半透半反膜204，将入射光按照一定的比例分成两束；第三直角棱镜210为反射棱镜。分光棱镜与第三直角棱镜的连接面为206，三块棱镜均依靠分子间的作用力连结。光束的入射面和出射面均镀有增透膜，分别是:第一增透膜201，第二增透膜202，第三增透膜203，第四增透膜207。反射棱镜，即第三直角棱镜的全反射面为205。
[0041]激光发射频率零点校准光纤的出射光经过第一增透膜201，入射到半透半反膜204，被分成两束:反射的一束光经过第三增透膜203出射；透射的一束光经过连接面206，在第三直角棱镜210的全反射面205处发生全发射反射，经由第四增透膜207出射。于是，激光发射频率零点校准光被分成两束，入射到标准具的两个通道。从信号光纤出射的信号光经过第二增透膜202，入射到半透半反膜204，同样被分成两束:透射的一束光经过第三增透膜203出射；反射的一束光经过连接面206，在第三直角棱镜210的全反射面205处发生全发射，经由第四增透膜207出射。于是，信号光同样被分成两束，入射到标准具的两个通道。激光发射频率零点校准光与信号光在时域上通过电光开关分开。
[0042]本发明中涉及到的本领域公知技术未详细阐述。
【主权项】
1.一种基于非偏振分光棱镜的F-P标准具瑞利散射多普勒鉴频装置，其特征在于:包括信号光纤，激光发射频率零点校准光纤，非偏振分光棱镜和反射棱镜，法布里-泊罗标准具和探测器；其中所述信号光纤将望远镜接收的回波信号导入非偏振分光棱镜和法布里-泊罗标准具，其一端用一调整架固定，调整架能够调节光纤头的位置，使望远镜接收的信号光的焦点位于信号光纤端面，且能进入信号光纤内，并通过信号光纤导入后继光路；所述信号光纤的另一个端面同样由另一调整架固定，将信号光导入准直镜，所述准直镜的作用是将光纤的出射光变成平行光；所述激光发射频率零点校准光纤的作用是用于校准激光频率与标准具的零点的偏差，激光发射频率零点校准光纤的一端固定在积分球上，另一端由一个光纤调整架固定，将积分球出射的光导入至一个准直镜，激光器发射波长为355nm的激光，通过一个分束片分出很少的一部分光进入积分球，通过积分球内部的散射后，出射光进入激光发射频率零点校准光纤的端面，经由激光发射频率零点校准光纤的另一个端面，进入准直镜，调整架用于调整光纤端面的位置，使光纤端面位于准直镜的焦点处，同时保证经过准直的平行光垂直入射到非偏振分光棱镜。
2.根据权利要求1所述的基于非偏振棱镜分光的F-P标准具瑞利散射多普勒鉴频装置，其特征在于:所述的非偏振分光棱镜和反射棱镜，具体是由三块直角棱镜组成分光-反射棱镜组，棱镜组均由非偏振特性直角棱镜组成，直角棱镜截面为等腰直角三角形，光从直角棱镜的直角面垂直入射，会在斜面上发生全反射，从另一个直角面垂直出射，所述非偏振分光棱镜由两块直角棱镜组成，之间镀有半透半反膜，并将第三块直角棱镜作为反射镜，三块直角棱镜之间通过分子间的作用力直接连结在一起，将棱镜的连结面抛光至一定平面度的要求，使两个连结面的分子相距非常近，由于分子之间的作用力的存在，两个连接面便能不借助其他工具而连成一个整体。
3.根据权利要求1所述的基于非偏振分光棱镜的F-P标准具瑞利散射多普勒鉴频装置，其特征在于:所述法布里-泊罗标准具，设有三个通道:两个边缘通道和一个锁定通道，三个通道呈等腰三角形排列；其中，边缘通道接收分光后的回波信号；锁定通道用于接收锁定光纤导入的锁定信号，用于检测激光频率的漂移。
4.根据权利要求1所述的基于非偏振分光棱镜的F-P标准具瑞利散射多普勒鉴频装置，其特征在于:所述信号光纤为多模光纤，其芯径为200 μ m，数值孔径0.22。
5.根据权利要求1所述的基于非偏振分光棱镜的F-P标准具瑞利散射多普勒鉴频装置，其特征在于:所述激光发射频率零点校准光纤为多模光纤，其芯径为200 μ m，数值孔径为 0.22。
6.根据权利要求1所述的基于非偏振分光棱镜的F-P标准具瑞利散射多普勒鉴频装置，其特征在于:信号光纤和激光发射频率零点校准光纤的端面均镀增透膜，增加端面的透过率，提高整个装置的光学效率，所有光纤对于传输的光的偏振态不敏感，任何偏振方向和偏振状态的光在光纤中传输特性相同。
【专利摘要】本发明公开了一种基于非偏振分光棱镜的F-P标准具瑞利散射多普勒鉴频装置，包括信号光纤，激光发射频率零点校准光纤，非偏振分光棱镜和反射棱镜，法布里-泊罗标准具和探测器。本发明利用分光-反射棱镜组代替现有技术中的大量的分光片和反射镜，简化了装置的结构。棱镜组通过分子间的作用力连结成整体，减少了光经过的光学界面，且所有光纤端面均镀有增透膜，降低了这个装置的信号损耗，提高了光学效率。非偏振分光-反射棱镜组对于入射光的偏振特性不敏感，提高了测量精度。增加了激光发射频率零点校准光纤，实现了激光发射频率与标准具零点的偏差的校准。零风速校准信号和大气回波信号共用同一个分光-反射棱镜组，且利用光开关将二者分开。
【IPC分类】G01S7-481
【公开号】CN104808193
【申请号】CN201510213672
【发明人】郑俊, 孙东松, 窦贤康, 韩於利, 赵若灿, 李建阅, 周颖捷
【申请人】中国科学技术大学
【公开日】2015年7月29日
【申请日】2015年4月29日