留言板

尊敬的读者、作者、审稿人, 关于本刊的投稿、审稿、编辑和出版的任何问题, 您可以本页添加留言。我们将尽快给您答复。谢谢您的支持!

姓名
邮箱
手机号码
标题
留言内容
验证码

瑞利多普勒激光雷达超窄带滤光器的设计

李梓霂,  陈廷娣,  刘恒嘉,  孙东松,  王国成,  唐磊

downloadPDF
文章导航 > 红外与激光工程  > 2018 >  47(10): 1030003-1030003(7)
李梓霂, 陈廷娣, 刘恒嘉, 孙东松, 王国成, 唐磊. 瑞利多普勒激光雷达超窄带滤光器的设计[J]. 红外与激光工程, 2018, 47(10): 1030003-1030003(7). doi: 10.3788/IRLA201847.1030003
引用本文: 李梓霂, 陈廷娣, 刘恒嘉, 孙东松, 王国成, 唐磊. 瑞利多普勒激光雷达超窄带滤光器的设计[J]. 红外与激光工程, 2018, 47(10): 1030003-1030003(7). doi: 10.3788/IRLA201847.1030003
shu
Li Zimu, Chen Tingdi, Liu Hengjia, Sun Dongsong, Wang Guocheng, Tang Lei. Design of ultra-narrow filter for Rayleigh Doppler lidar[J]. Infrared and Laser Engineering, 2018, 47(10): 1030003-1030003(7). doi: 10.3788/IRLA201847.1030003
Citation: Li Zimu, Chen Tingdi, Liu Hengjia, Sun Dongsong, Wang Guocheng, Tang Lei. Design of ultra-narrow filter for Rayleigh Doppler lidar[J]. Infrared and Laser Engineering, 2018, 47(10): 1030003-1030003(7). doi: 10.3788/IRLA201847.1030003
shu

瑞利多普勒激光雷达超窄带滤光器的设计

doi: 10.3788/IRLA201847.1030003
  • 1.

    中国科学技术大学 地球与空间科学学院,安徽 合肥 230026;

  • 2.

    中国人民解放军陆军军官学院,安徽 合肥 230031;

  • 3.

    合肥师范学院 电子信息与电气工程学院,安徽 合肥 230601

基金项目: 

国家自然科学基金（41574180，41374156，41204108）;中国科学技术大学校预研基金（YX2081600023，YZ2081600026）

详细信息
    作者简介:

    李梓霂(1989-),男,博士生,主要从事测风激光雷达及光电探测方面的研究。Email:lizimu@mail.ustc.edu.cn

  • 中图分类号: TN958.98

Design of ultra-narrow filter for Rayleigh Doppler lidar

  • 1.

    School of Earth and Space Science,University of Science and Technology of China,Hefei 230026,China;

  • 2.

    New Star Institute of Applied Technology,PLA,Hefei 230031,China;

  • 3.

    School of Electronic Information and Electrical Engineering,Hefei Normal University,Hefei 230601,China

  • 摘要: 目前中国科学技术大学车载激光雷达已经实现了对于15~60 km中性大气风场的夜间连续观测，鉴于白天观测的信噪比受到背景光的限制，因此，设计了一种利用现有干涉滤光片结合固态FP标准具的超窄带滤光器，用于实现背景噪声的降低。提出了一种结合鉴频器参数确定FP最佳参数的方法，得出了FP标准具的参数，实现了带宽为8.4 pm、中心波长为354.73 nm、自由光谱间距为150 pm、峰值透过率高于0.67的滤光器，将背景噪声降低到原来的十八分之一。该滤光器有效提高了系统信噪比，减小了风速误差，同时计算了温度、角度变化对滤光器带宽、中心波长和透过率的影响，设计了一种角度调谐的方法。实验结果与理论值具有较高的一致性。
    Abstract: The mobile lidar of USTC implements the continuous wind measurement in 15-60 km neutral atmosphere at night. Since the signal to noise radio was limited by background light during daytime operation, an ultra-narrow filter which combined an interference filter with a solid FP etalon was designed to reduce the background noise. An approach to solve the optimum parameters for the F-P etalon was proposed, based on the Frequency Discriminator, an etalon filter with bandwidth of 8.4 pm, center wavelength of 354.73 nm, free spectral range of 150 pm and peak transmission of 0.67 was achieved to decrease the background noise to one in eighteen. The improvement of SNR and velocity errors were simulated. The effect of temperature and tilting angle on bandwidth, center wavelength and transmissivity was calculated. A method of tuning by tilting angle was designed. The experiment result is highly uniform with the theoretical value.
  • [1] Popescu Alexandru, Walther T. On the potential of faraday anomalous dispersion optical filters as high-resolution edge filters[J]. Laser Physics, 2005, 15(1):55-60.
    [2] Kiefer W, Low R, Wrachtrup J, et al. Na-faraday rotation filtering:The optimal point[J]. Sci Rep, 2014, 4(6552):10.1038/srep06552.
    [3] Rees D, Vyssogorets M, Meredith N P, et al. The doppler wind and temperature system of the alomar lidar facility:Overview and initial results[J]. Journal of Atmospheric and Terrestrial Physics, 1996, 58(16):1827-1842.
    [4] Zaun N H, Weimer C, Sidorin Y, et al. Solid-etalon for the calipso lidar receiver[C]//Earth Observing Systems IX, 2004, 5542:141-145.
    [5] Zheng Jun, Sun Dongsong, Dou Xiankang, et al. 60 km Rayleigh Doppler lidar and wind measurement[J]. Infrared and Laser Engineering, 2016, 45(10):1030002. (in Chinese)郑俊, 孙东松, 窦贤康, 等. 60 km瑞利多普勒激光雷达及其风场探测[J]. 红外与激光工程, 2016, 45(10):1030002.
    [6] Han Yan, Sun Dongsong, Weng Ningquan, et al. Development of 60 km mobile Rayleigh wind lidar[J]. Infrared and Laser Engineering, 2015, 44(5):1414-1419. (in Chinese)韩燕, 孙东松, 翁宁泉, 等. 60 km车载瑞利测风激光雷达研制[J]. 红外与激光工程, 2015, 44(5):1414-1419.
    [7] Dou X K, Han Y L, Sun D S, et al. Mobile Rayleigh Doppler lidar for wind and temperature measurements in the stratosphere and lower mesosphere[J]. Optics Express, 2014, 22(17):A1203-A1221.
    [8] Atherton P D, Reay N K, Ring J. Tunable Fabry-Perot filters[J]. Optical Engineering, 1981, 20(6):806-814.
    [9] Sun Jian, Feng Yutao, Bai Qinglan, et al. Design of thermal stable Fabry-Perot etalon for wind mearsuremnt[J]. Optics and Precision Engineering, 2013, 21(5):1167-1173. (in Chinese)孙剑, 冯玉涛, 白清兰, 等. 高热稳定性测风Fabry-Perot干涉仪标准具的设计[J]. 光学精密工程, 2013, 21(5):1167-1173.
    [10] Tai Hongda, Zhuang Zibo, Jiang Lihui, et al. Multi-point mobile measurement of atmospheric transmittance[J]. Optics and Precision Engineering, 2016, 24(8):1894-1901. (in Chinese)台宏达, 庄子波, 蒋立辉, 等. 大气透过率的多点移动测量[J]. 光学精密工程, 2016, 24(8):1894-1901.
    [11] Liu Huasong, Wang Lishuan, Ji Yiqin, et al. Study on the influence factors of the characteristic of laser etalon with solid dielectric spacer-layer[J]. Chinese Optics, 2015, 8(1):74-83. (in Chinese)刘华松, 王利栓, 季一勤, 等. 固体介质间隔层激光标准具性能的影响因素研究[J]. 中国光学, 2015, 8(1):74-83.
    [12] Li Li, Wang Canzhao, Xie Yafeng, et al. Wind field inversion technique for scanning wind lidar[J]. Chinese Optics, 2013, 6(2):251-258. (in Chinese)李丽, 王灿召, 谢亚峰,等. 扫描式测风激光雷达的风场反演[J]. 中国光学, 2013, 6(2):251-258.
    [13] Macleod H A. Thin-film Optical Filters[M]. US:McGraw-Hill, 1989.
  • [1] 张容川, 王筱晔, 张洪玮, 刘晓英, 王希涛, 秦胜光, 尹嘉萍, 王琪超, 吴松华.  多普勒激光雷达近地面飞机尾涡反演方法优化 . 红外与激光工程, 2023, 52(11): 20230160-1-20230160-13. doi: 10.3788/IRLA20230160
    [2] 沈法华, 李薛康, 朱江月, 谢晨波, 王邦新, 杨亮亮, 周慧, 徐华.  基于双级联法布里-珀罗干涉仪多纵模测温激光雷达技术 . 红外与激光工程, 2023, 52(5): 20220573-1-20220573-10. doi: 10.3788/IRLA20220573
    [3] 杨靖, 韩於利, 薛向辉, 陈廷娣, 赵一鸣, 孙东松.  平流层飞艇激光风速仪的设计和分析 . 红外与激光工程, 2023, 52(5): 20220642-1-20220642-12. doi: 10.3788/IRLA20220642
    [4] 沈法华, 徐菁苑, 范安冬, 谢晨波, 王邦新, 杨亮亮, 周慧, 徐华.  基于双法布里-珀罗干涉仪多纵模米散射多普勒激光雷达技术 . 红外与激光工程, 2023, 52(7): 20220762-1-20220762-10. doi: 10.3788/IRLA20220762
    [5] 储嘉齐, 韩於利, 孙东松, 赵一鸣, 刘恒嘉.  星载多普勒测风激光雷达小型化光学接收机 . 红外与激光工程, 2022, 51(9): 20210831-1-20210831-9. doi: 10.3788/IRLA20210831
    [6] 高丽, 张晓莉, 马菁汀, 姚文秀, 王庆伟, 孙悦, 刘尊龙, 王雅君, 田龙, 郑耀辉.  基于集成量子压缩光源的量子增强多普勒激光雷达（特邀） . 红外与激光工程, 2021, 50(3): 20210031-1-20210031-7. doi: 10.3788/IRLA20210031
    [7] 龚道然, 李思宁, 姜鹏, 刘迪, 孙剑峰.  激光雷达三维距离像超分辨重构方法研究 . 红外与激光工程, 2020, 49(8): 20190511-1-20190511-7. doi: 10.3788/IRLA20190511
    [8] 张楠楠, 赵若灿, 孙东松, 韩淤利, 陈冲.  基于瑞利多普勒激光雷达的惯性重力波长期观测研究 . 红外与激光工程, 2020, 49(S2): 20200351-20200351. doi: 10.3788/IRLA20200351
    [9] 韩飞, 刘恒嘉, 孙东松, 韩於利, 张楠楠, 储嘉齐, 周安然, 蒋杉, 王元祖, 郑俊.  瑞利激光雷达超窄带滤光器参数设计及性能分析 . 红外与激光工程, 2020, 49(2): 0205003-0205003. doi: 10.3788/IRLA202049.0205003
    [10] 高健, 周安然, 孙东松, 郑俊, 李梓霂, 韩於利.  多普勒激光雷达中种子激光注入的一种鉴别方法 . 红外与激光工程, 2018, 47(2): 230001-0230001(7). doi: 10.3788/IRLA201847.0230001
    [11] 熊兴隆, 韩永安, 蒋立辉, 陈柏纬, 陈星.  基于速度结构函数的多普勒激光雷达低空湍流预警算法 . 红外与激光工程, 2017, 46(10): 1030005-1030005(7). doi: 10.3788/IRLA201768.1030005
    [12] 邓潘, 张天舒, 刘建国, 刘洋, 董云升, 范广强.  532 nm和355 nm瑞利激光雷达观测中层大气的数据对比分析 . 红外与激光工程, 2016, 45(S2): 19-25. doi: 10.3788/IRLA201645.S230001
    [13] 蒋立辉, 闫妍, 熊兴隆, 陈柏纬, 陈星, 章典.  基于斜坡检测的多普勒激光雷达低空风切变预警算法 . 红外与激光工程, 2016, 45(1): 106001-0106001(7). doi: 10.3788/IRLA201645.0106001
    [14] 王国成, 张飞飞, 钱正祥, 杜跃, 舒志峰, 孙东松.  直接测风激光雷达外场实验稳频方法 . 红外与激光工程, 2016, 45(9): 906004-0906004(8). doi: 10.3788/IRLA201645.0906004
    [15] 郭文杰, 闫召爱, 胡雄, 郭商勇, 程永强.  532nm测风激光雷达长时间稳频系统 . 红外与激光工程, 2016, 45(S1): 87-91. doi: 10.3788/IRLA201645.S130004
    [16] 王强, 张勇, 郝利丽, 靳辰飞, 杨旭, 徐璐, 杨成华, 赵远.  基于奇相干叠加态的超分辨率量子激光雷达 . 红外与激光工程, 2015, 44(9): 2569-2574.
    [17] 韩燕, 孙东松, 翁宁泉, 窦贤康, 王建国, 张燕鸿.  60km车载瑞利测风激光雷达研制 . 红外与激光工程, 2015, 44(5): 1414-1419.
    [18] 高园园, 舒志峰, 孙东松, 夏海云, 张飞飞, 韩於利, 上官明佳.  积分球在瑞利测风激光雷达中的应用 . 红外与激光工程, 2014, 43(11): 3547-3554.
    [19] 姜成昊, 杨进华, 张丽娟, 李祥.  新型多普勒成像激光雷达原理设计与仿真 . 红外与激光工程, 2014, 43(2): 411-416.
    [20] 唐磊, 吴海滨, 孙东松, 舒志峰.  瑞利散射多普勒测风激光雷达系统误差分析 . 红外与激光工程, 2014, 43(11): 3570-3576.
  • 加载中
WeChat 点击查看大图
计量
  • 文章访问数:  447
  • HTML全文浏览量:  66
  • PDF下载量:  42
  • 被引次数: 0
出版历程
  • 收稿日期:  2018-05-11
  • 修回日期:  2018-06-03
  • 刊出日期:  2018-10-25

瑞利多普勒激光雷达超窄带滤光器的设计

doi: 10.3788/IRLA201847.1030003
  • 1. 中国科学技术大学 地球与空间科学学院,安徽 合肥 230026;
  • 2. 中国人民解放军陆军军官学院,安徽 合肥 230031;
  • 3. 合肥师范学院 电子信息与电气工程学院,安徽 合肥 230601
    • 作者简介:

    李梓霂(1989-),男,博士生,主要从事测风激光雷达及光电探测方面的研究。Email:lizimu@mail.ustc.edu.cn

  • 收稿日期: 2018-05-11
  • 修回日期: 2018-06-03
  • 刊出日期: 2018-10-25
基金项目:

国家自然科学基金（41574180，41374156，41204108）;中国科学技术大学校预研基金（YX2081600023，YZ2081600026）

  • 中图分类号: TN958.98

摘要: 目前中国科学技术大学车载激光雷达已经实现了对于15~60 km中性大气风场的夜间连续观测，鉴于白天观测的信噪比受到背景光的限制，因此，设计了一种利用现有干涉滤光片结合固态FP标准具的超窄带滤光器，用于实现背景噪声的降低。提出了一种结合鉴频器参数确定FP最佳参数的方法，得出了FP标准具的参数，实现了带宽为8.4 pm、中心波长为354.73 nm、自由光谱间距为150 pm、峰值透过率高于0.67的滤光器，将背景噪声降低到原来的十八分之一。该滤光器有效提高了系统信噪比，减小了风速误差，同时计算了温度、角度变化对滤光器带宽、中心波长和透过率的影响，设计了一种角度调谐的方法。实验结果与理论值具有较高的一致性。

English Abstract

    全文HTML

参考文献 (13)

目录

    /

    返回文章
    返回

    版权所有 © 2019 《红外与激光工程》编辑部｜ 地址: 天津市空港经济区中环西路58号｜ 邮政编码: 300308

    津ICP备19007885号-1

    本系统由 北京仁和汇智信息技术有限公司 开发    百度统计