角度調(diào)諧F-P標(biāo)準(zhǔn)具鑒頻的測風(fēng)激光雷達(dá)系統(tǒng)研究.pdf

1、隨著激光器件和激光技術(shù)的迅猛發(fā)展，20世紀(jì)90年代，直接探測多普勒測風(fēng)激光雷達(dá)在美國、歐洲以及亞洲許多國家越來越有吸引力。它既可以利用氣溶膠散射，也可以利用分子散射來測量多普勒頻移，適用于全球風(fēng)場探測。種子注入的穩(wěn)頻激光器和厚度調(diào)諧的F-P標(biāo)準(zhǔn)具鑒頻設(shè)備是傳統(tǒng)測風(fēng)激光雷達(dá)中的關(guān)鍵器件。但是不足之處在于價格昂貴、加工困難，且對環(huán)境要求苛刻。針對這些問題，本文提出了采用基于被動調(diào)Q折疊腔激光器與角度調(diào)諧F-P標(biāo)準(zhǔn)具鑒頻設(shè)備為基礎(chǔ)的直接探測多

2、普勒測風(fēng)激光雷達(dá)系統(tǒng)，并從理論和實驗兩方面展開研究。
　　理論上，1.采用單次散射激光雷達(dá)方程，對米散射微分截面、回波信號功率及其頻譜進行了模擬仿真研究，結(jié)果表明，波長為1064nm的激光在大氣中的氣溶膠-分子后向散射比約為532nm和355nm激光波長的4-6倍，適合作為米散射激光雷達(dá)的光源；2.從理想的F-P標(biāo)準(zhǔn)具透過率函數(shù)出發(fā)，采用遞推的方法得到帶有高斯缺陷的F-P標(biāo)準(zhǔn)具模型，并利用該模型研究了激光入射角和發(fā)散角對其透過率曲

3、線半高全寬的影響，結(jié)果表明，對于自由光譜區(qū)為5GHz，精細(xì)度約為11的F-P標(biāo)準(zhǔn)具，激光入射角為2mrad時，測風(fēng)靈敏度約為0.3％/(m/s)，與實驗結(jié)果相吻合；3.通過高斯分布的激光與帶有高斯缺陷F-P標(biāo)準(zhǔn)具透過率模型的卷積，建立了基于角度調(diào)諧的F-P標(biāo)準(zhǔn)具透過光強的數(shù)學(xué)模型。利用此模型數(shù)值計算了角度調(diào)諧步進角、標(biāo)準(zhǔn)具缺陷、半高全寬、接受孔徑，以及測風(fēng)動態(tài)范圍和信噪比等參數(shù)對測風(fēng)誤差的影響，結(jié)果表明通過合理選擇參數(shù)，可以使測風(fēng)誤差影

4、響小于1m/s。
　　實驗上，1.研制了一臺采用扭擺腔、F-P標(biāo)準(zhǔn)具和光柵選頻的基橫模、單縱模被動調(diào)Q的折疊腔結(jié)構(gòu)的Nd:YAG激光器，其輸出參數(shù)分別為：波長1064nm，脈沖寬度20ns，重復(fù)頻率10Hz，振蕩級單脈沖輸出能量8.8mJ，橫模為TEM00模，近場及遠(yuǎn)場的發(fā)散角分別為1.442mrad和1.315mrad，相應(yīng)的M2值分別為1.32和1.31。借助多光束干涉和傅立葉分析的方法測得單縱模概率大于99％，長期頻率穩(wěn)定度