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专利号: 2022109193589
申请人: 南京信息工程大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2025-12-30
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种基于双偏振干涉的相干激光雷达,其特征在于,包括连续光激光器、第一分束器、声光调制器、扰模器、光纤放大器、光学收发模块、双偏振相干模块、第一平衡探测器、第二平衡探测器和数据采集处理模块;所述连续光激光器用于输出连续的线偏振激光,所述连续光激光器的输出端经保偏光纤与第一分束器的输入端连接,并且将输出的连续的线偏振激光发送至第一分束器;

所述第一分束器用于将所述连续光激光器输出的连续的线偏振激光分为两路,一路作为本振光通过保偏光纤输出到双偏振相干模块,另一路作为信号光通过保偏光纤输出到声光调制器;

所述声光调制器用于将输入的连续激光调制为线偏振脉冲光并改变输入的连续激光的频率;声光调制器的输出端经保偏光纤与扰模器连接,将线偏振脉冲光输出至扰模器中;

扰模器用于将输入的线偏振脉冲光转化为非线偏振光,扰模器的输出端与光纤放大器的输入端通过单模光纤连接,将非线偏振光输出给光纤放大器;

所述光纤放大器用于放大非线偏振光为激光,光纤放大器的输出端与光学收发模块的输入端通过单模光纤连接,将激光输出给光学收发模块;

光学收发模块用于将输入的激光发射到目标物,并接收从目标物返回的回波信号作为信号光;光学收发模块输出的信号光通过单模光纤输入到双偏振相干模块;

所述双偏振相干模块用于将本振光与信号光中的双偏振光分别干涉,输出四路相干光信号,所述双偏振相干模块的输出端分别与第一平衡探测器的输入端、第二平衡探测器的输入端相连接;

第一平衡探测器用于对双偏振相干模块输出的其中两路相干光信号进行平衡探测,其中一路包括本振光,并且将平衡探测后的光信号发送至数据采集处理模块;

第二平衡探测器用于对双偏振相干模块输出的另外两路相干光信号进行平衡探测,其中一路包括本振光,并且将平衡探测后的光信号发送至数据采集处理模块;

数据采集处理模块用于对第一平衡探测器和第二平衡探测器输出的光信号进行分析处理;

所述双偏振相干模块包括第二分束器和光纤偏振分束器,所述第二分束器用于将输入的本振光分为两路,分别输出到第一平衡探测器和第二平衡探测器;所述光纤偏振分束器用于将输入的信号光分为S偏振光和P偏振光输出;

所述双偏振相干模块包括偏振态转换机构,用于将光纤偏振分束器输出的S偏振光和P偏振光中,与本振光偏振态不同的一路转换为与本振光偏振态相同;

所述双偏振相干模块还包括若干个保偏光纤,所述光纤偏振分束器将S偏振光和P偏振光分别通过保偏光纤输出;所述偏振态转换机构通过调整保偏光纤的位置来改变偏振态;

所述保偏光纤的截面处包括中心芯径和猫眼,猫眼位于中心轴线上,且相对中心对称,保偏光纤中,包括两个与芯径平行且对称的应力棒,当保偏光纤通过光纤连接器端接时,应力棒与连接器Key键对齐。

2.根据权利要求1所述的一种基于双偏振干涉的相干激光雷达,其特征在于,所述双偏振相干模块还包括若干个保偏光纤,所述第二分束器将输入的本振光分为两路,分别通过保偏光纤输出到第一平衡探测器和第二平衡探测器。

3.根据权利要求2所述的一种基于双偏振干涉的相干激光雷达,其特征在于,所述双偏振相干模块包括90度光混频器,所述90度光混频器包括:本振光输入端、信号光输入端、第一分光片、第二分光片、第三分光片、第一1/2玻片、第二1/2玻片、第一1/4玻片、第二1/4玻片、第一偏振分束器、第二偏振分束器、第三偏振分束器、第四偏振分束器、第五偏振分束器、第一反射镜、第二反射镜、第三反射镜、第四反射镜、第五反射镜、第六反射镜、第七反射镜、第八反射镜、第九反射镜、第十反射镜;

本振光输入端输入的本振光经第一分光片分为上下两路本振光;

上路本振光依次经过第一反射镜、第一1/2玻片、第二反射镜后,经第二分光片分为两个上本振支路,一个上本振支路经第二偏振分束器后分别从第一通道和第三通道输出,另一上本振支路经第三反射镜和第三偏振分束器后分别从第二通道和第四通道输出;

下路本振光依次经第四反射镜、第五反射镜、第二1/2玻片、第六反射镜后,经第三分光片分为两个下本振支路,一个下本振支路经第四偏振分束器后分别从第五通道和第七通道输出,另一下本振支路经第七反射镜和第五偏振分束器后分别从第六通道和第八通道输出;

信号光输入端输入的信号光经第一偏振分束器分为S1、S2两路信号光;

S1路信号光依次经第八反射镜、第九反射镜、第一1/4玻片后,经第二分光片分为两个S1信号支路,一个S1信号支路经第二偏振分束器后分别从第一通道和第三通道输出,另一个S1信号支路经第三反射镜和第三偏振分束器后分别从第二通道和第四通道输出;

S2路信号光依次经第十反射镜、第二1/4玻片后,经第三分光片分为两个S2信号支路,一个S2信号支路经第四偏振分束器后分别从第五通道和第七通道输出,另一S2信号支路经第七反射镜和第五偏振分束器后分别从第六通道和第八通道输出;

其中,第一通道、第二通道、第五通道、第六通道的偏振态相同;第三通道、第四通道、第七通道、第八通道的偏振态相同。

4.根据权利要求3所述的一种基于双偏振干涉的相干激光雷达,其特征在于,所述90度光混频器用于将第一通道和第二通道的信号相干后作为I1支路输出,将第三通道和第四通道的信号相干作为Q1支路输出,将第五通道和第六通道的信号相干后作为I2支路输出,将第七通道和第八通道的信号相干后作为Q2支路输出。

5.根据权利要求4所述的一种基于双偏振干涉的相干激光雷达,其特征在于,所述I1支路和I2支路输入第一平衡探测器;所述Q1支路和Q2支路输出第二平衡探测器。

6.根据权利要求1所述的一种基于双偏振干涉的相干激光雷达,其特征在于,所述数据采集处理模块包括第一FFT单元、第二FFT单元和功率谱叠加单元;

所述第一FFT单元用于对第一平衡探测器输出的信号进行快速傅里叶变换;

所述第二FFT单元用于对第二平衡探测器输出的信号进行快速傅里叶变换;

所述功率谱叠加单元用于将第一FFT单元和第二FFT单元经过傅里叶变化后的信号在功率谱上叠加,得到叠加信号。

7.根据权利要求6所述的一种基于双偏振干涉的相干激光雷达,其特征在于,所述数据采集处理模块还包括多普勒频移获取单元,所述多普勒频移获取单元用于根据功率谱叠加单元得到的叠加信号提取多普勒频移信息。