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专利号: 2023102745291
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:

1.一种基于电光调制的差分吸收激光雷达发射装置,其特征在于,包括:连续光源、电光调制器、信号发生装置、声光调制器、放大器和光学收发装置;其中:所述连续光源为波长可调谐光源,用于输出预定波长的连续的载波信号,所述预定波长为选定的待测气体的一个吸收峰对应的波长λon;

所述信号发生装置用于输出预定的调制信号到所述电光调制器;

所述电光调制器用于根据接收的调制信号对载波信号调制,产生与待测气体吸收波长和参考波长对应的信号;

所述声光调制器用于将所述电光调制器输出的信号转换为脉冲光信号;

所述放大器用于将所述声光调制器输出的脉冲光信号放大;

所述光学收发装置用于将所述放大器输出的信号准直后输出到待测气体中,并接收待测气体返回的回波信号;

其中,所述预定的调制信号为on调制信号或off调制信号;所述电光调制器用于根据接收的调制信号对载波信号调制,产生与待测气体吸收波长和参考波长对应的信号,包括:电光调制器用于根据接收的on调制信号对载波信号调制,产生与待测气体吸收波长对应的第一on边频信号和第二on边频信号;第一on边频信号和第二on边频信号的频率对称分布在载波信号频率的两侧;

电光调制器还用于根据接收的off调制信号对载波信号调制,产生与待测气体参考波长对应的第一off边频信号和第二off边频信号;第一off边频信号和第二off边频信号的频率对称分布在载波信号频率的两侧;

所述差分吸收激光雷达发射装置,还包括:分束器和光谱仪;所述分束器用于将所述电光调制器输出的第一on边频信号和第二on边频信号分为至少两路,一路输出到声光调制器中,另一路输出至光谱仪;所述光谱仪用于测量所述电光调制器输出的第一on边频信号和第二on边频信号的光谱信息,所述第一on边频信号和第二on边频信号的光谱信息包括频率;

还包括光源频率调整模块,用于获取所述第一on边频信号和第二on边频信号的光谱信息,并根据所述第一on边频信号和第二on边频信号的光谱信息,判断第一on边频信号的中心波长λon1和第二on边频信号的中心波长λon2是否关于预定波长λon对称;

若否,则调整连续光源的频率;

若是,则锁定连续光源的频率;

所述分束器还用于将电光调制器输出的第一off边频信号和第二off边频信号分为至少两路,一路输出到声光调制器中,另一路输出至光谱仪;所述光谱仪还用于测量所述电光调制器输出的第一off边频信号和第二off边频信号的光谱信息,所述第一off边频信号和第二off边频信号的光谱信息包括频率;

所述光源频率调整模块,用于获取所述第一off边频信号和第二off边频信号的光谱信息,并根据所述第一off边频信号和第二off边频信号的光谱信息,判断第一off边频信号的中心波长λoff1和第二off边频信号的中心波长λoff2是否关于预定波长λon对称;

若否,则调整连续光源的频率;

若是,则锁定连续光源的频率;

所述调制信号的频率根据待测气体的浓度确定;若待测气体为二氧化碳,则当待测气体浓度大于500ppm时,通过调整on调制信号的频率,增大第一on边频信号的中心波长λon1或第二on边频信号的中心波长λon2与待测气体的吸收峰λon的差值;若待测气体为二氧化碳,则当待测气体浓度为300ppm 500ppm时,通过调整on调制信号的频率,减小第一on边频信号的~中心波长λon1或第二on边频信号的中心波长λon2与待测气体的吸收峰λon的差值。

2.根据权利要求1所述的基于电光调制的差分吸收激光雷达发射装置,其特征在于,所述调制信号为余弦信号或正弦信号,所述第一on边频信号和第二on边频信号的频率分别为ω0‑ωm1和ω0+ωm1,其中ωm1为on调制信号的频率,ω0为载波信号的频率;所述第一off边频信号和第二off边频信号的频率分别为ω0‑ωm2和ω0+ωm2,其中ωm2为off调制信号的频率。

3.根据权利要求1所述的基于电光调制的差分吸收激光雷达发射装置,其特征在于,所述光学收发装置包括环形器和收发望远镜;

所述环形器用于将所述放大器输出的信号输出到所述收发望远镜,并输出所述收发望远镜接收到的回波信号;

所述收发望远镜用于将所述环形器输出的信号输出至待测气体,并接收待测气体返回的回波信号。

4.根据权利要求1所述的基于电光调制的差分吸收激光雷达发射装置,其特征在于,所述光学收发装置包括发射望远镜和接收望远镜;

所述发射望远镜用于将所述放大器输出的信号输出到至待测气体;

所述接收望远镜用于接收待测气体返回的回波信号。

5.根据权利要求1所述的基于电光调制的差分吸收激光雷达发射装置,其特征在于,所述电光调制器采用马赫曾德尔调制器或相位调制器;所述放大器为掺铒光纤放大器。

6.一种相干激光雷达,其特征在于,包括权利要求1所述的基于电光调制的差分吸收激光雷达发射装置,还包括平衡探测器、数据采集装置和数据处理装置;

所述分束器用于将所述电光调制器输出的信号分为三路,其中一路输出至所述平衡探测器;

所述光学收发装置还用于将接收到的回波信号输出至所述平衡探测器;

所述平衡探测器用于对输入的两路信号平衡探测;

所述数据采集装置用于将所述平衡探测器输出的模拟信号转换为数字信号;

所述数据处理装置用于对所述数字信号分析处理。

7.一种直接探测激光雷达,其特征在于,包括权利要求1‑5任一项所述的基于电光调制的差分吸收激光雷达发射装置,还包括光电探测器、数据采集装置和数据处理装置;

所述光学收发装置还用于将接收到的回波信号输出至所述光电探测器;

所述光电探测器用于将输入的信号转换为模拟信号;

所述数据采集装置用于将所述光电探测器输出的模拟信号转换为数字信号;

所述数据处理装置用于对所述数字信号分析处理。