(19)国家知识产权局 (12)实用新型专利 (10)授权公告 号 (45)授权公告日 (21)申请 号 202221876283.2 (22)申请日 2022.07.12 (73)专利权人 武汉镭晟科技有限公司 地址 430070 湖北省武汉市东湖新 技术开 发区光谷二路219号鼎杰现代机电信 息孵化园“加速器”二期5号楼7层2号 (72)发明人 陈晨　蔡达　胡呈峰　王勇　 兰根书　白香港　 (74)专利代理 机构 佛山粤进知识产权代理事务 所(普通合伙) 44463 专利代理师 王余钱 (51)Int.Cl. G01N 21/39(2006.01) G01N 21/01(2006.01) G01S 7/481(2006.01)G01S 7/483(2006.01) G01S 7/497(2006.01) G01S 17/88(2006.01) (ESM)同样的发明创造已同日申请发明 专利 (54)实用新型名称 一种用于自由空间气体遥感的多波段光纤 激光模块 (57)摘要 本实用新型公开了一种用 于自由空间气体 遥感的多波段光纤激光模块， 包括连续光模块、 2N×1型信号合束器、 分束器、 激光脉冲调制模 块、 光学放大模块和光纤环形器。 本实用新型在 获得两路激光时分复用输出的同时， 实现了在任 意时刻只有 一路激光输入到2N ×1型信号合束器 中， 将多路激光从时空上进行了分离， 避免了不 同通道之间串扰所产生的底噪， 大大增加了探测 的精度和距离。 通过开关连续激光器来切换光路 的所需时间至少为ms量级， 大于雷达系统的信号 采集周期， 而本实用新型的多路激光的切换时间 为ns量级， 快速的光路切换不影响雷达信号采 集。 权利要求书1页 说明书6页 附图1页 CN 218098875 U 2022.12.20 CN 218098875 U 1.一种用于自由空间气体遥感的多波段光纤激光模块， 其特征在于， 包括： 连续光模 块、 2N×1型信号合束器、 分束器、 激光脉冲调制 模块、 光学放大模块和光纤环形器， 其中， N 为大于等于1的整数； 所述连续光模块包括2N个光纤连续激光器和2N个单光路开关模块， 其中， 2N个光纤连 续激光器以两个为一组分为N组， 每一组的两个光纤连续激光器的其中一个用于输出预设 的on波长激光， 另一个用于 输出预设的of f波长激光； 2N个光纤连续激光器均依次与2N个单光路开关模块的输入光纤连接， 2N个单光路开关 模块的输出光纤依次与2N ×1型信号合束器的输入光纤连接； 2N×1型信号合束器输出光纤与分束器连接， 分束器将输入激光按一定比例分为两路， 一路作为本振光 直接输出到激光雷达系统， 另一路与激光脉冲调制模块连接； 激光脉冲调制模块用于将分束器输出的连续激光调制成为预定宽度的脉冲光信号； 激 光脉冲调制模块的输出端与光学放大模块的输入端连接； 光学放大模块的输出端与光纤环形器连接； 光纤环形器用于 输出正向脉冲光信号， 并输出接收到的反向回波信号。 2.根据权利要求1所述的一种用于自由空间气体遥感的多波段光纤激光模块， 其特征 在于， 所述光纤连续激光器的发射波长为0.9微米～2.5微米； 所述光纤连续激光器输出的 激光光谱线宽小于15kH z； 所述激光脉冲调制模块输出的脉冲宽度为0.1纳秒 ‑2000纳秒。 3.根据权利要求1所述的一种用于自由空间气体遥感的多波段光纤激光模块， 其特征 在于， 激光脉冲调制模块为声光调制器、 电光调制器或磁光调制器， 所述声光调制器还用于 将输入的激光信号产生预设的频移。 4.根据权利要求1所述的一种用于自由空间气体遥感的多波段光纤激光模块， 其特征 在于， 所述光纤环形器包括输入端、 收发端和反向信号输出端， 所述光纤环形器的输入端与 光学放大模块连接； 所述光纤环形器的反向信号输出端用于输出接 收到的反向回波信号， 光纤环形器可以同时起到隔离器的作用。 5.根据权利要求1所述的一种用于自由空间气体遥感的多波段光纤激光模块， 其特征 在于， 所述光学放大模块输出的激光光谱线宽小于10MHz， 所述光学放大模块输出的激光单 脉冲能量 为0.1微焦～ 2000微焦。 6.根据权利要求1所述的一种用于自由空间气体遥感的多波段光纤激光模块， 其特征 在于， 所述光纤连续激光器为光纤激光器； 所述光纤连续激光器、 光开关、 分束器、 激光脉冲 调制模块、 光学放大模块和环形器之间均采用光纤连接 。 7.根据权利要求1所述的一种用于自由空间气体遥感的多波段光纤激光模块， 其特征 在于， 测量完成一种气 体后， 单光路开关模块根据下一个待测气 体选择激光的通路， 并重复 上述光路切换的过程完成气体浓度的测量， 直到所有的待测气体全部被测量完毕。权　利　要　求　书 1/1 页 2 CN 218098875 U 2一种用于自由空间气体遥感的多波段光纤激光模块 技术领域 [0001]本实用新型涉及激光技术领域， 尤其涉及 一种用于自由空间气体遥感的多波段光 纤激光模块。 背景技术 [0002]基于激光雷达的自由空间气体遥感技术是精准测量大气痕量气体浓度， 尤其是温 室气体浓度的重要手段， 对于实施碳中和等重大战略具有十分重要的意义。 目前气体遥感 激光雷达所采用的激光光源主要为固体中红外激光器并结合光参量振荡器(OPO)， 结构 复 杂， 稳定性较差且价格昂贵， 而且一套激光光源只能测量一种气 体浓度， 要测量多种气 体浓 度， 需要安装相应数量的激光雷达系统。 [0003]另外， 气体遥感激光雷达通过采集大气粒子 的后向散射信号进行探测， 由于大气 粒子的后向散射信号非常微弱， 因而对激光光源的发射功率要求很高， 而且微弱的后向散 射信号还会导致采集的信噪比偏低， 为信号有效提取带来了一系列问题， 限制 了激光雷达 的探测性能。 实用新型内容 [0004]为了解决现有气体遥感激光雷达激光光源所存在的问题， 本实用新型提出了一种 用于气体遥感激光雷达的光纤激光模块。 该激光模块包括2N个光纤连续激光器、 2N个单光 路开关模块、 2N ×1型信号合束器、 分束器、 激光脉冲调制模块， 其中N 为大于等于1的整数。 [0005]2N个光纤连续激光器以两个为一组分为N组， 每一组对应测量一种待测气体浓度， 一共可以测量N种气体。 一组中的两个光纤连续激光器的其中一个输出波长位于待测气体 吸收线中心的激光(on波长激光)， 另一个输出波长与on  波长靠近但是待测气体基本不 吸 收的激光(off波长激光)。 2N个光纤连续激光器均依次与2N个单光路开关模块的输入光纤 连接， 2N个单光路开关模块的输出光纤依次与 2N×1型信号合束器的输入光纤连接。 当测量 第N种气体时， 就选择该种气体对应的第N组激光器所连接的单光路开关模块， 在所选择 的 两路单光路开关模块上分别施加具有相同频率和占空比的， 但是相位相反的开关信号， 使 得当一路开关模块开启时， 另一路开关模块处于关闭状态， 从而所选择 的两路连续激光在 2N×1型信号合束器的输出光纤处以时分复用的方式输出来完成该种气体的测量， 剩余单 光路开关模块在测量该种气体期间始终处于关闭状态。 测 量完成一种气体后， 根据下一个 待测气体选择激光的通路， 并重复上述光路切换 的过程完成气体浓度的测量， 直到所有的 待测气体全部被测量完毕。 [0006]2N×1型信号合束器输出光纤与分束器连接， 分束器将输入激光按一定比例分为 两路， 一路作为本振光直接输出到激光雷达系统， 另一路作为信号光输出到激光脉冲调制 模块中。 激光脉冲调制模块将合束器输出的连续激光调制成为 一定宽度的脉冲光信号。 [0007]激光调制模块输出脉冲光信号到光学放大模块中， 光学放大模块对输入的脉冲光 信号进行放大后输入到光纤环形器中。 光纤环形器输出正向脉冲光信号到外部空间中， 并说　明　书 1/6 页 3 CN 218098875 U 3