專利名稱：基于拉曼技術的差分激光雷達光路自動轉換裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種光路轉換裝置，尤其是基于拉曼技術的差分激光雷達光路自動轉換裝置。
背景技術：
目前，人們為了探測大氣中的污染氣體的濃度，常使用差分激光測污雷達。如在本申請人的一份中國專利CN1139802C(授權公告日為2004年2月25日)中曾描述過一種“適用于差分吸收激光雷達測污染氣體的激光源方法”。實現該方法的裝置由受一只兩路Q開關控制的兩臺激光器、該兩臺激光器輸出光路上分別設置的倍頻晶體和拉曼管構成；適用時，兩臺激光器在兩路Q開關的控制下，交替輸出波長為1064nm的兩束激光，該兩束激光分別經同倍數的倍頻晶體倍頻，再分別經充有甲烷和氘氣的拉曼管移頻后，交替輸出兩束波長相近、光束平行的探測選定的污染氣體的受激拉曼散射激光。但是，這種方法所對應的裝置存在的不足之處是，首先，為獲得交替輸出的兩束不同波長的受激拉曼散射激光，使用了兩套激光光源，即一只兩路Q開關、兩臺激光器和兩只同倍數的倍頻晶體，致使其結構復雜、造價高昂；其次，交替輸出的兩束不同波長的受激拉曼散射激光只能用來探測一種選定的污染氣體，若需探測其他污染氣體，則需更換上相應倍數的倍頻晶體，并需對更換了倍頻晶體的光路再次進行調整，使得雷達整機或是探測污染氣體的種類有限，或是使用、維護不便；再次，因得到的兩束受激拉曼散射激光是相互平行的，若將它們作為發射光直接發射出去，則其回波因有盲區，將使得激光雷達無法接收到近距離的污染氣體的探測回波，致使探測的近端距離受到一定的限制。
發明內容
本發明要解決的技術問題為克服現有技術中的不足之處，提供一種結構簡單，實用，使用方便的基于拉曼技術的差分激光雷達光路自動轉換裝置。
所采用的技術方案包括激光器及其輸出光路上依次置有的倍頻晶體和拉曼管，特別是所說倍頻晶體為置于晶體電移臺上的、不同倍數的兩只，所說拉曼管為由三根平行設置的其中充有不同氣體的拉曼管構成的拉曼管組，且置于管組電移臺上，所說晶體電移臺和管組電移臺分別與晶體步進電機和管組步進電機相連接，所說晶體步進電機和管組步進電機的輸入端分別與晶體步進電機控制器和管組步進電機控制器的輸出端電連接。
作為技術方案的進一步改進，所述的晶體電移臺和管組電移臺的移動軌跡垂直于激光器的輸出光路；所述的晶體電移臺和管組電移臺分別與固定在工作平臺上的晶體電移臺導軌和管組電移臺導軌動配合連接；所述的晶體電移臺和管組電移臺分別經絲杠螺母付與固定在工作平臺上的晶體步進電機和管組步進電機相連接；所述的晶體電移臺上的螺母與和晶體步進電機同軸連接的絲杠動配合連接，管組電移臺上的螺母與和管組步進電機同軸連接的絲杠動配合連接；所述的晶體步進電機控制器和管組步進電機控制器的控制信號輸入端與微型計算機的I/O端口電連接；所述的激光器為同軸輸出1064nm和532nm兩個波長的Nd:YAG激光器；所述的倍頻晶體為三倍頻晶體和四倍頻晶體；所述的拉曼管組的三根拉曼管中分別充有甲烷、氘氣和氫氣；所述的激光器的泵浦源的工作信號控制端經微型計算機的RS232端口與其電連接。
相對于現有技術的有益效果是，其一，將多只倍頻晶體和拉曼管分別置于晶體電移臺和管組電移臺上，通過控制晶體電移臺或管組電移臺的移動，可將所需的倍頻晶體或拉曼管移入或撤出激光光路，既滿足了差分激光測污雷達測污時須用兩個波長不同的激光束來探測一種污染氣體濃度的要求，又使激光雷達的輸出在極短的時間內可從一個波長轉換至另一個波長，還使兩個波長不同的激光束為同軸發射，從而省卻了一套激光光源，即一只兩路Q開關、一臺激光器和一只同倍數的倍頻晶體，極大地簡化了結構和降低了造價；其二，置于晶體電移臺上的兩只不同倍數的倍頻晶體和管組電移臺上三根平行設置的其中充有不同氣體的拉曼管，經不同的組合，可使其輸出六個波長不同的激光束，完全滿足了常用的測污需求，即探測大氣中的二氧化硫、二氧化氮和臭氧的濃度的要求；其三，不同波長的激光束的同軸發射，不僅不存在回波盲區的問題，還可用同一只望遠鏡作為發射和接收之鏡，這又可進一步簡化結構和降低造價；其四，使用固定在工作平臺上的導軌來分別定位和支撐晶體電移臺和管組電移臺，以及使用固定在工作平臺上的步進電機分別經絲杠螺母付與晶體電移臺和管組電移臺相動配合連接，除能保證晶體電移臺和管組電移臺的移動速度之外，可于一秒和一點五秒以內分別將所需的倍頻晶體和拉曼管置于光路中，還能確保其移動后的定位精度，其距離誤差僅小于0.05毫米；其五，晶體步進電機控制器和管組步進電機控制器的控制信號輸入端，以及激光器的泵浦源的工作信號控制端均與微型計算機電連接，使雷達整機的自動化程度大大地提升了。
下面結合附圖對本發明的優選方式作進一步詳細的描述。
圖1是本發明的一種基本結構示意圖。
具體實施例方式
參見圖1，工作平臺2上固定有激光器1、導軌(4，7)和步進電機(19，14)；其中，激光器1為同軸輸出1064nm和532nm兩個波長的Nd:YAG激光器，導軌(4，7)的導軌走向與激光器1的輸出光路相垂直。導軌4上置有與其動配合裝配的電移臺3，該電移臺3經其上的螺母18與和步進電機19同軸連接的絲杠20動配合連接，電移臺3上還固定有三倍頻晶體5和四倍頻晶體21。導軌7上置有與其動配合裝配的電移臺8，該電移臺8經其上的螺母13與和步進電機14同軸連接的絲杠15動配合連接，電移臺8上還固定有拉曼管組6，此拉曼管組6由充有甲烷的拉曼管9、充有氘氣的拉曼管10和充有氫氣的拉曼管11組成。步進電機(19，14)的輸入端分別與步進電機控制器(17，16)的輸出端電連接，步進電機控制器(17，16)的控制信號輸入端與微型計算機12的I/O端口電連接，激光器1的泵浦源的工作信號控制端經微型計算機12的RS232端口與其電連接。
使用時，根據需探測的污染氣體，分別選擇倍頻晶體(5，21)和拉曼管(9，10，11)，通過快速移動電移臺(3，8)，將選定的三倍頻晶體5或四倍頻晶體21置于激光器1的輸出光路中，并將選定的兩只拉曼管交替地置于激光器1的輸出光路中，就可由相應的拉曼管獲得探測該污染氣體的波長的拉曼散射激光。如需測二氧化硫的濃度，則將選定的四倍頻晶體21通過電移臺3置于激光器1的輸出光路中，并將選定的拉曼管9和拉曼管10交替地置于激光器1的輸出光路中，由拉曼管9和拉曼管10的輸出可分別得到探測二氧化硫濃度所需波長的拉曼散射激光。
顯然，本領域的技術人員可以對本發明的基于拉曼技術的差分激光雷達光路自動轉換裝置進行各種改動和變型而不脫離本發明的精神和范圍。這樣，倘若本發明的這些修改和變型屬于本發明權利要求及其等同技術的范圍之內，則本發明也意圖包含這些改動和變型在內。
權利要求
1.一種基于拉曼技術的差分激光雷達光路自動轉換裝置，包括激光器(1)及其輸出光路上依次置有的倍頻晶體和拉曼管，其特征在于所說倍頻晶體為置于電移臺(3)上的、不同倍數的兩只，所說拉曼管為由三根平行設置的其中充有不同氣體的拉曼管構成的拉曼管組(6)，且置于電移臺(8)上，所說電移臺(3，8)分別與步進電機(19，14)相連接，所說步進電機(19，14)的輸入端分別與步進電機控制器(17，16)的輸出端電連接。
2.根據權利要求1所述的基于拉曼技術的差分激光雷達光路自動轉換裝置，其特征是電移臺(3，8)的移動軌跡垂直于激光器(1)的輸出光路。
3.根據權利要求2所述的基于拉曼技術的差分激光雷達光路自動轉換裝置，其特征是電移臺(3，8)分別與固定在工作平臺(2)上的導軌(4，7)動配合連接。
4.根據權利要求3所述的基于拉曼技術的差分激光雷達光路自動轉換裝置，其特征是電移臺(3，8)分別經絲杠螺母付與固定在工作平臺(2)上的步進電機(19，14)相連接。
5.根據權利要求4所述的基于拉曼技術的差分激光雷達光路自動轉換裝置，其特征是電移臺(3)上的螺母(18)與和步進電機(19)同軸連接的絲杠(20)動配合連接，電移臺(8)上的螺母(13)與和步進電機(14)同軸連接的絲杠(15)動配合連接。
6.根據權利要求1所述的基于拉曼技術的差分激光雷達光路自動轉換裝置，其特征是步進電機控制器(17，16)的控制信號輸入端與微型計算機(12)的I/O端口電連接。
7.根據權利要求1所述的基于拉曼技術的差分激光雷達光路自動轉換裝置，其特征是激光器(1)為同軸輸出1064nm和532nm兩個波長的Nd:YAG激光器。
8.根據權利要求1所述的基于拉曼技術的差分激光雷達光路自動轉換裝置，其特征是倍頻晶體為三倍頻晶體(5)和四倍頻晶體(21)。
9.根據權利要求1所述的基于拉曼技術的差分激光雷達光路自動轉換裝置，其特征是拉曼管組(6)的拉曼管(9)中充有甲烷、拉曼管(10)中充有氘氣、拉曼管(11)中充有氫氣。
10.根據權利要求1所述的基于拉曼技術的差分激光雷達光路自動轉換裝置，其特征是激光器(1)的泵浦源的工作信號控制端經微型計算機(8)的RS232端口與其電連接。
全文摘要
本發明公開了一種基于拉曼技術的差分激光雷達光路自動轉換裝置。它包括激光器(1)及其輸出光路上依次置有的倍頻晶體和拉曼管，特別是倍頻晶體為置于電移臺(3)上的、不同倍數的兩只，拉曼管為由三根平行設置的其中充有不同氣體的拉曼管構成的拉曼管組(6)，且置于電移臺(8)上，電移臺(3，8)分別與步進電機(19，14)相連接，步進電機(19，14)的輸入端分別與步進電機控制器(17，16)的輸出端電連接；所述的電移臺(3，8)分別與工作平臺(2)上的導軌(4，7)動配合連接、經絲杠螺母副與工作平臺(2)上的步進電機(19，14)相連接。它能輸出六個波長不同的激光束，可用于探測大氣中的二氧化硫、二氧化氮和臭氧的濃度。
文檔編號G01N21/63GK1696665SQ200410014909
公開日2005年11月16日 申請日期2004年5月14日 優先權日2004年5月14日
發明者邵石生, 江慶五, 譚錕, 張寅超, 陶宗明, 曹開法, 劉小勤, 胡明勇, 樊仲維, 胡歡陵 申請人:中國科學院安徽光學精密機械研究所, 北京國科世紀激光技術有限公司