2μm相干激光测风雷达光学系统的测试方法与实验研究

摘要

2μm相干激光测风雷达是目前国际上公认的全球大气矢量风场测量的重要手段之一。它具有高的时间、空间分辨率和测速精度，现已在飞行安全保障、数值天气预报等领域得到了应用。本文主要针对2μm相干激光测风雷达系统集成中，离轴卡塞格伦望远镜、自由空间2μm激光与单模光纤的耦合以及2μm激光器发散角等核心光学系统参数，提出一套测试方法，并通过实验验证该方法的可靠性，为以后系统集成和外场试验，打下坚实的基础。
　　本研究主要内容包括：⑴总结了离轴卡塞格伦望远镜的结构和设计参数，理论介绍了该光学系统的初级像差和波相差，给出了利用ZYGO干涉仪进行光学天线的装调和测试方法，同时结合人工方法对波相差参数进行判读。ZYGO干涉仪的测试结果为PV值0.101λ（2050nm），人工判读PV值为0.113λ（2050nm），面型稍大于设计要求λ/15。⑵介绍了激光器输出光束的发散角和束腰半径的测试方法,给出了光束质量评价参数,并对高斯光束的束腰半径和发散角进行了测量，研究了高斯光束聚焦和准直的问题，以及高斯光束到单模光纤的耦合效率。利用Thorlabs的离轴非球面光纤耦合器，讨论了激光器发散角和耦合器数值孔径的匹配问题，对不同数值孔径，不同发散角的耦合效率进行了数值计算。最后进行了2μm高斯光束的耦合实验，测出了耦合效率。⑶利用现有的2μm激光器、150mm离轴卡塞格伦望远镜、Thorlabs的离轴非球面光纤耦合器以及其它器件，初步搭建了一套2μm相干激光雷达实验系统，获得了固定目标的外差信号，验证上述测试方法的可行性。

目录

2μm 相干激光测风雷达光学系统的测试方法与实验研究 硕

TEST METHOD AND EXPRIMENTAL STUDY FOR 2μm COHERENT DOPPLER WIND LIDAR SYSTEM

摘要

Abstract

第1章 绪论

1.1 课题背景、目的和意义

1.2 国内外的发展现状

1.3 脉冲相干激光测风雷达的工作原理

1.4 本文的主要研究内容

第2章 离轴卡塞格伦红外望远镜系统调试与测量

2.1 离轴卡塞格伦望远镜像差理论分析

2.2 离轴卡塞格伦望远镜的装调

2.3 Φ150 离轴卡塞格伦望远镜性能指标测试

2.4 本章小结

第3章 自由空间2μm 激光与单模光纤的耦合

3.1 2μm 激光器几何参数测试方法

3.2 单模光纤耦合效率的数值计算

3.3 2μm 激光与单模光纤耦合实验

3.4 本章总结

第4章 2μm 相干激光测风雷达系统初调实验

4.1 2μm 激光外差信号simulink 仿真

4.2 2μm 相干激光测风雷达系统构成

4.3 本章小结

结论

参考文献

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致 谢