论文部分内容阅读
相干激光测风雷达以其近量子噪声极限的探测灵敏度,高精度的晴空探测能力,高信噪比和接收带宽窄等优点,目前已经成为大气风场测量的重要工具之一。对于数值天气预报,天气动力学研究,航空安全预警,国防等诸多方面都有重要的意义。但对于相干激光测风雷达,由于外差探测对光学对准的严格要求,如何改善系统外差效率,进一步提高信噪比依然是目前面临的主要问题。本文根据相干激光测风雷达系统中微弱信号检测的需要,针对相干激光测风雷达系统中1.55μm声光移频器的声光特性和相干探测中的影响外差效率的因素进行了研究,主要内容如下:(1)从声波和光波在介质中的耦合波方程出发,利用动量匹配和动量失配分析了介质中的声光互作用规律,得出了声光移频器在正常布拉格衍射条件下的声光偏转特性和声光调制特性。(2)对声光移频器的特性进行了仿真,并且得到了仿真的结果,为实验研究提供了理论依据。(3)对声光移频器的声光特性进行了实验研究,得出了其声光偏转和声光调制特性曲线,同时测量了声光移频器的中心频率为100.8MHz、布拉格带宽为5.21MHz,得到了声光移频器的最大衍射效率为10.38%。实验所得结果与理论基本吻合。(4)从激光外差探测的工作原理和外差效率出发,分析了影响外差探测效率的主要因素。提出了信号光和本振光在探测器上的光场分布的理论模型,然后以它们为基础,分析了本振光和信号光最佳匹配时的外差效率,并分析了存在空间准直失配、波面失配以及偏振失配时对外差效率的影响。(5)对激光外差进行了实验研究,完成了1.55μm全光纤激光外差接收实验系统设计,采用了保偏光纤和光纤无源器件,目的是最大程度上使光纤中传输的是线偏振光,同时提高了实验系统的稳定性。实验中观测到了稳定的100MHz外差中频信号,并验证了偏振失配因子对外差效率的影响。