基于单固体F-P标准具的双频率多普勒激光雷达研究

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基于单固体F-P标准具的双频率多普勒激光雷达研究

沈法华, 孙东松, 刘成林, 仇成群

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沈法华, 孙东松, 刘成林, 仇成群. 基于单固体F-P标准具的双频率多普勒激光雷达研究[J]. 红外与激光工程, 2013, 42(11): 2944-2950.

引用本文:

沈法华, 孙东松, 刘成林, 仇成群. 基于单固体F-P标准具的双频率多普勒激光雷达研究[J]. 红外与激光工程, 2013, 42(11): 2944-2950.

Shen Fahua, Sun Dongsong, Liu Chenglin, Qiu Chengqun. Single solid F-P etalon-based dual-frequency Doppler lidar[J]. Infrared and Laser Engineering, 2013, 42(11): 2944-2950.

Citation:

Shen Fahua, Sun Dongsong, Liu Chenglin, Qiu Chengqun. Single solid F-P etalon-based dual-frequency Doppler lidar[J]. Infrared and Laser Engineering, 2013, 42(11): 2944-2950.

基于单固体F-P标准具的双频率多普勒激光雷达研究

1.
盐城师范学院物理系,江苏盐城 224002;
2.
中国科学技术大学地球和空间科学学院,安徽合肥 230026

基金项目:

江苏省自然科学基金青年基金项目（BK2012246）;江苏省高校自然科学研究基金项目（12KJB170014，10KJB170012）

作者简介:
沈法华（1981-），男，讲师，博士，主要从事多普勒测风激光雷达的研究。Email：sfh81914@tom.com

中图分类号: TN958.98

Single solid F-P etalon-based dual-frequency Doppler lidar

1.
Department of Physics,Yancheng Teachers University,Yancheng 224002,China;
2.
School of Space and Earth Science,University of Science and Technology of China,Hefei 230026,China

摘要: 提出了基于单固体Fabry-Perot（F-P）标准具的双频率多普勒激光雷达技术。介绍了系统结构，并分析了系统的风场探测原理。根据探测指标要求，对系统各单元参数，特别是F-P标准具参数进行了详细的优化设计。利用得到的优化参数对雷达系统的探测性能进行了仿真。仿真结果表明：采用100 mm口径的望远镜和脉冲能量50 J、重复频率6 kHz的半导体激光器，在发射激光仰角60、距离分辨率60 m和脉冲累计时间1 min的情况下，晴天时，系统在3 km高度处的径向风速误差小于0.75 m/s；有薄雾时，系统在1.5 km高度处的径向风速误差小于0.58 m/s。在发射激光仰角8、距离分辨率60 m和脉冲累积时间10 s的情况下，不同的能见度天气时，系统在4 km处的径向风速误差都小于1 m/s。
- 多普勒激光雷达 /
- 半导体激光器 /
- 固体Fabry-Perot标准具 /
- 边缘技术 /
- 双频率
Abstract: The single solid Fabry-Perot (FP) etalon-based dual-frequency Doppler lidar technology was proposed. Its structure is introduced, and the principle of wind field measurement with that Doppler lidar system is analyzed. According to the detection requirements, each unit of system parameters, especially the F-P etalon parameters are carefully optimized. Furthermore, the detection performance of the lidar system with optimized parameters is simulated. The simulation results show that the radial velocity errors is less than 0.75 m/s at 3 km altitude on sunny days and less than 0.58 m/s at 1.5 km altitude on hazy days for 60 elevation angle, 60 m range resolution and 1min temporal resolution, and is less than 1m/s at 4 km range under different visibility conditions for 8 elevation angle, 60 m range resolution and 10 s temporal resolution with a 100 mm diameter telescope and a 50 J pulse energy, 6 kHz repetition rate semiconductor laser.
- Doppler lidar /
- semiconductor laser /
- solid Fabry-Perot etalon /
- edge technique /
- dual-frequency

[1]
[2]	Cordes J J. Economic benefits and costs of developing and deploying a space-based wind lidar[R]. Final Report for NWS, NOAA and US DoC, 1995.
[3]
[4]	Mikkelsen T, Hansen K, Angelou N, et al. Lidar wind speed measurements from a rotating spinner[R]. Danish Research Database Danish Technical University, 2010.
[5]
[6]	Huffaker R M, Paul A R. Solid-state coherent laser radar wind field measurement systems[J]. Pure Appl Opt, 1998, 7: 863-873.
[7]
[8]	Cariou J P, Parmentier R, Valla M, et al. An innovative and autonomous 1.5 m coherent lidar for PBL wind profiling[C]//14th Coherent Laser Radar Conference, 2007.
[9]
[10]	Souprayen C, Garnier A, Hertzog A, et al. Rayleigh-Mie Doppler wind lidar for atmospheric measurements. I. Instrumental setup, validation and first climatological results[J]. Appl Opt, 1999, 38(12): 2410-2421.
[11]	Gentry B, Chen H. Profiling tropospheric winds with the Goddard Lidar Observatory for Winds (GLOW)[C]//Proc of the 21st International Laser Radar Conference, 2002.
[12]
[13]	Shen F H, Cha H K, Sun D S, et al. Low tropospheric wind measurement with Mie Doppler lidar[J]. Opt Rev, 2008, 15(4): 204-209.
[14]
[15]	Shen F H, Cha H K, Dong J H, et al. Design and performance simulation of a molecular Doppler Wind Lidar[J]. Chin Opt Lett, 2009, 7(7): 593-597.
[16]
[17]	Liu Z S, Liu B Y, Wu S H, et al. High spatial and temporal resolution mobile incoherent Doppler lidar for sea surface wind measurements[J]. Opt Lett, 2008, 33(13): 1485-1487.
[18]
[19]	Dehring M, Nardell C, Pavlich J, et al. Performance and comparison of 532 nm and 355 nm GroundWinds lidars[C]//SPIE, 2003, 4893: 337-347.

[1]	李珊珊, 杨介伟, 杨天新, 王肇颖, 张恒康. 表征稳频半导体激光器频率特性的方法 . 红外与激光工程, 2023, 52(10): 20230063-1-20230063-7. doi: 10.3788/IRLA20230063
[2]	庄子波, 邱岳恒, 林家泉, 宋德龙. 基于卷积神经网络的激光雷达湍流预警 . 红外与激光工程, 2022, 51(4): 20210320-1-20210320-10. doi: 10.3788/IRLA20210320
[3]	闫召爱, 胡雄, 郭文杰, 郭商勇, 程永强, 张炳炎, 陈志芳, 赵尉博. 临近空间多普勒激光雷达技术及其应用（特邀） . 红外与激光工程, 2021, 50(3): 20210100-1-20210100-10. doi: 10.3788/IRLA20210100
[4]	吴涛, 庞涛, 汤玉泉, 孙鹏帅, 张志荣, 徐启铭. 半导体激光器驱动电路设计及环路噪声抑制分析 . 红外与激光工程, 2020, 49(6): 20190386-1-20190386-10. doi: 10.3788/IRLA20190386
[5]	王元祖, 韩於利, 孙东松, 韩飞, 周安然, 张楠楠, 唐磊. 我国中纬度地区多普勒激光雷达准零风层多季节观测与分析 . 红外与激光工程, 2020, 49(3): 0305004-0305004-8. doi: 10.3788/IRLA202049.0305004
[6]	王鑫, 朱凌妮, 赵懿昊, 孔金霞, 王翠鸾, 熊聪, 马骁宇, 刘素平. 915 nm半导体激光器新型腔面钝化工艺 . 红外与激光工程, 2019, 48(1): 105002-0105002(5). doi: 10.3788/IRLA201948.0105002
[7]	刘翠翠, 王翠鸾, 王鑫, 倪羽茜, 吴霞, 刘素平, 马骁宇. 半导体激光器双波长光纤耦合模块的ZEMAX设计 . 红外与激光工程, 2018, 47(1): 105002-0105002(6). doi: 10.3788/IRLA201847.0105002
[8]	曹宇轩, 舒世立, 孙方圆, 赵宇飞, 佟存柱, 王立军. 中红外半导体激光器合束技术研究进展(特邀) . 红外与激光工程, 2018, 47(10): 1003002-1003002(8). doi: 10.3788/IRLA201847.1003002
[9]	冯长中, 吴松华, 黄海广, 王贵宁. 梯度下降VAD方法的单多普勒激光雷达风场探测技术 . 红外与激光工程, 2018, 47(11): 1106006-1106006(9). doi: 10.3788/IRLA201847.1106006
[10]	陈琦鹤, 范杰, 马晓辉, 王海珠, 石琳琳. 用于半导体激光器的高效率复合波导结构 . 红外与激光工程, 2017, 46(11): 1106006-1106006(6). doi: 10.3788/IRLA201746.1106006
[11]	吴华玲, 郭林辉, 余俊宏, 高松信, 武德勇. 500W级半导体激光器光纤耦合输出模块设计 . 红外与激光工程, 2017, 46(10): 1005005-1005005(6). doi: 10.3788/IRLA201756.1005005
[12]	王立军, 彭航宇, 张俊, 秦莉, 佟存柱. 高功率高亮度半导体激光器合束进展 . 红外与激光工程, 2017, 46(4): 401001-0401001(10). doi: 10.3788/IRLA201746.0401001
[13]	郑俊, 孙东松, 窦贤康, 韩於利, 赵若灿, 李建阅, 周安然, 高健, 王国成. 60 km瑞利多普勒激光雷达及其风场探测 . 红外与激光工程, 2016, 45(10): 1030002-1030002(6). doi: 10.3788/IRLA201645.1030002
[14]	夏金宝, 刘兆军, 张飒飒, 邱港. 快速半导体激光器温度控制系统设计 . 红外与激光工程, 2015, 44(7): 1991-1995.
[15]	李峙, 尧舜, 高祥宇, 潘飞, 贾冠男, 王智勇. 半导体激光器堆栈快轴光束质量计算的研究 . 红外与激光工程, 2015, 44(1): 85-90.
[16]	李江澜, 石云波, 赵鹏飞, 高文宏, 陈海洋, 杜彬彬. TEC 的高精度半导体激光器温控设计 . 红外与激光工程, 2014, 43(6): 1745-1749.
[17]	何清芳, 王青梅, 毕波, 曾祥能, 史倩义. 基于改进VPP方法的激光雷达小尺度风场反演 . 红外与激光工程, 2014, 43(5): 1484-1489.
[18]	林平, 刘百玉, 缑永胜, 白永林, 王博, 白晓红, 秦君军, 朱炳利, 杨文正, 朱少岚, 高存孝, 欧阳娴. 基于半导体激光器的脉冲整形技术 . 红外与激光工程, 2014, 43(1): 103-107.
[19]	胡黎明, 朱洪波, 王立军. 高亮度半导体激光器泵浦光纤耦合模块 . 红外与激光工程, 2013, 42(2): 361-365.
[20]	韩顺利, 仵欣, 林强. 半导体激光器稳频技术 . 红外与激光工程, 2013, 42(5): 1189-1193.

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基于单固体F-P标准具的双频率多普勒激光雷达研究

1. 盐城师范学院物理系,江苏盐城 224002;

2. 中国科学技术大学地球和空间科学学院,安徽合肥 230026

作者简介:
沈法华（1981-），男，讲师，博士，主要从事多普勒测风激光雷达的研究。Email：sfh81914@tom.com

收稿日期: 2013-03-10
修回日期: 2013-04-25
刊出日期: 2013-11-25

基金项目:

江苏省自然科学基金青年基金项目（BK2012246）;江苏省高校自然科学研究基金项目（12KJB170014，10KJB170012）

中图分类号: TN958.98

关键词:

摘要: 提出了基于单固体Fabry-Perot（F-P）标准具的双频率多普勒激光雷达技术。介绍了系统结构，并分析了系统的风场探测原理。根据探测指标要求，对系统各单元参数，特别是F-P标准具参数进行了详细的优化设计。利用得到的优化参数对雷达系统的探测性能进行了仿真。仿真结果表明：采用100 mm口径的望远镜和脉冲能量50 J、重复频率6 kHz的半导体激光器，在发射激光仰角60、距离分辨率60 m和脉冲累计时间1 min的情况下，晴天时，系统在3 km高度处的径向风速误差小于0.75 m/s；有薄雾时，系统在1.5 km高度处的径向风速误差小于0.58 m/s。在发射激光仰角8、距离分辨率60 m和脉冲累积时间10 s的情况下，不同的能见度天气时，系统在4 km处的径向风速误差都小于1 m/s。

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