寄生噪声抑制型激光移频回馈装置

本申请涉及激光测量，特别是涉及寄生噪声抑制型激光移频回馈装置。

背景技术：

1、弱光探测在很多领域都非常重要，例如天文学、医学成像、精密制造等，目前大部分的弱光探测都需要精密且昂贵的探测器，例如pmts(photomultiplier tubes)。用于弱光探测的探测器本身非常灵敏，因此需要额外增加复杂的屏蔽杂散光装置，这严重限制了这些探测器的应用场景。

2、为此，目前常采用激光移频回馈技术进行弱光信号的测量。激光移频回馈技术可以将待测目标返回的光信号在激光腔内通过二次放大调制后再次输出，激光腔自身就相当于信号放大器，其对信号的放大倍率可以达到106。而且，激光移频回馈技术属于相干检测，这使得它对外界环境光有良好的抗干扰性，因此其可用于弱光信号的测量。

3、在激光移频回馈技术中，激光自激光器出射后需要经过移频器件(例如声光移频器)调制，还需要经过透镜组等其他光学器件进行光束整形后，才能照射到待测目标上。这些器件的表面同样会反射光信号，这些光信号可以被理解为是激光移频回馈装置的寄生噪声。

4、由于激光移频回馈效应的高灵敏特性，寄生噪声返回到激光腔内时同样被回馈效应放大，导致由待测目标返回的信号光被淹没在这些寄生噪声之中，这大大限制了激光移频回馈装置对更弱目标的探测能力。

5、现有技术中，对激光移频回馈装置的寄生噪声的抑制手段有限。例如，通过引入转镜来区分寄生噪声和信号光，但这较大程度地增加了激光移频回馈装置的复杂度。或者，通过在空间分离寄生噪声与信号光，但这需要严格的光束对准，调试难度提升，装置复杂度较大，且当待测目标在远距离运动时装置也受到了使用限制。

技术实现思路

1、基于此，有必要针对现有技术中对激光移频回馈装置的寄生噪声的抑制手段导致激光移频回馈装置的复杂度较大和工作距离受到使用限制的技术问题，提供一种寄生噪声抑制型激光移频回馈装置。

2、一种寄生噪声抑制型激光移频回馈装置，所述寄生噪声抑制型激光移频回馈装置包括：沿第一方向依次排布的激光器、准直透镜、分光镜、法拉第旋光器、1/2波片、声光移频单元、聚焦镜组单元以及1/4波片，所述第一方向为所述激光器的出射光方向；

3、所述激光器用于输出线偏振激光，所述线偏振激光的偏振态沿第一偏振方向；

4、所述准直透镜用于准直所述激光器输出的激光光束；

5、所述分光镜用于将准直后的激光光束分束为透射光束和反射光束；

6、所述法拉第旋光器用于将所述透射光束的偏振态旋转45°后，出射至所述1/2波片；

7、所述1/2波片用于将所述法拉第旋光器出射的光束的偏振态沿同一方向再次旋转一特定角度θ后，出射至所述声光移频单元，以使所述1/2波片出射至所述声光移频单元的光束的偏振态为第二偏振方向，所述第二偏振方向与所述声光移频单元的偏振方向一致，其中，θ为经法拉第旋光器出射至所述1/2波片的光束的偏振方向与第二偏振方向角度之差；

8、所述声光移频单元用于对所述1/2波片出射的光束差动移频，并将差动移频后的光束出射至所述聚焦镜组单元；

9、所述聚焦镜组单元用于对所述声光移频单元出射的光束聚焦；

10、所述1/4波片用于将所述聚焦镜组单元聚焦后的光束由线偏振态旋转为圆偏振态后照射至待测目标；

11、所述待测目标的背向散射光能够依次经1/4波片、聚焦镜组单元、声光移频单元、1/2波片、法拉第旋光器、分光镜、准直透镜返回至所述激光器的激光腔内，在激光移频回馈效应下调制后，再由所述激光器输出。

12、在一实施例中，所述的寄生噪声抑制型激光移频回馈装置还包括光电探测器和信号处理器；所述光电探测器用于探测经激光移频回馈效应后所述激光器的输出的激光光束，以检测光信号，并将光信号转换为电信号；所述信号处理器与所述光电探测器电连接，用于解调所述电信号，以得到待测目标的信息。

13、在一实施例中，所述光电探测器设置于所述分光镜的反射光方向，用于接收所述反射光束。

14、在一实施例中，所述光电探测器设置于所述激光器的尾光输出方向。

15、在一实施例中，所述信号处理器用于将解调结果输出至计算机，以使计算机能根据解调结果计算并显示待测目标的信息。

16、在一实施例中，所述激光器的模式为基横模与单纵模。

17、在一实施例中，所述声光移频单元包括第一声光移频器和第二声光移频器，所述第一声光移频器和所述第二声光移频器用于对所述1/2波片出射的光束进行差动移频。

18、在一实施例中，所述聚焦镜组单元包括凹透镜和凸透镜。

19、在一实施例中，所述凹透镜的数量不限于一个，可以是一个或者多个。所述凸透镜的数量不限于一个，可以是一个或者多个。

20、在一实施例中，所述激光器是固体激光器、光纤激光器或半导体激光器。

21、上述的寄生噪声抑制型激光移频回馈装置，基于激光偏振回馈原理，对寄生噪声和信号光进行不同的偏振调制，使二者在返回激光腔内的时候分别转变为腔内光场不敏感态和敏感态，从而达到寄生噪声不发生移频回馈放大，而信号光发生移频回馈放大作用后输出的效果，即降低寄生噪声强度而不影响待测目标返回信号强度，进而能准确得到待测目标的信息。

22、上述的寄生噪声抑制型激光移频回馈装置，可以使得寄生噪声的强度降低至接近于0，而信号光能够经激光移频回馈效应正常放大，大大提升了装置对弱信号的实际响应能力(避免信号光淹没在寄生噪声当中)。相比于传统的激光移频回馈装置，本申请的寄生噪声抑制型激光移频回馈装置在光路中增加了法拉第旋光器、1/2波片、1/4波片即可实现对寄生噪声的抑制和信号光的正常放大，装置的复杂度几乎不受影响，当待测目标在近距离或远距离时装置的使用也不受限制和影响(即不影响装置的工作距离)。

技术特征：

1.一种寄生噪声抑制型激光移频回馈装置，其特征在于，所述寄生噪声抑制型激光移频回馈装置包括：沿第一方向依次排布的激光器、准直透镜、分光镜、法拉第旋光器、1/2波片、声光移频单元、聚焦镜组单元以及1/4波片，所述第一方向为所述激光器的出射光方向；

2.根据权利要求1所述的寄生噪声抑制型激光移频回馈装置，其特征在于，所述的寄生噪声抑制型激光移频回馈装置还包括光电探测器和信号处理器；所述光电探测器用于探测经激光移频回馈效应后所述激光器的输出的激光光束，以检测光信号，并将光信号转换为电信号；所述信号处理器与所述光电探测器电连接，用于解调所述电信号，以得到待测目标的信息。

3.根据权利要求2所述的寄生噪声抑制型激光移频回馈装置，其特征在于，所述光电探测器设置于所述分光镜的反射光方向，用于接收所述反射光束。

4.根据权利要求2所述的寄生噪声抑制型激光移频回馈装置，其特征在于，所述光电探测器设置于所述激光器的尾光输出方向。

5.根据权利要求2所述的寄生噪声抑制型激光移频回馈装置，其特征在于，所述信号处理器用于将解调结果输出至计算机，以使计算机能根据解调结果计算并显示待测目标的信息。

6.根据权利要求1所述的寄生噪声抑制型激光移频回馈装置，其特征在于，所述激光器的模式为基横模与单纵模。

7.根据权利要求1所述的寄生噪声抑制型激光移频回馈装置，其特征在于，所述声光移频单元包括第一声光移频器和第二声光移频器，所述第一声光移频器和所述第二声光移频器用于对所述1/2波片出射的光束进行差动移频。

8.根据权利要求1所述的寄生噪声抑制型激光移频回馈装置，其特征在于，所述聚焦镜组单元包括凹透镜和凸透镜。

9.根据权利要求8所述的寄生噪声抑制型激光移频回馈装置，其特征在于，所述凹透镜的数量为一个或多个，所述凸透镜的数量为一个或多个。

10.根据权利要求1所述的寄生噪声抑制型激光移频回馈装置，其特征在于，所述激光器是固体激光器、光纤激光器或半导体激光器。

技术总结
本申请涉及一种寄生噪声抑制型激光移频回馈装置，寄生噪声抑制型激光移频回馈装置包括：沿第一方向依次排布的激光器、准直透镜、分光镜、法拉第旋光器、1/2波片、声光移频单元、聚焦镜组单元以及1/4波片，第一方向为激光器的出射光方向；待测目标的背向散射光能够依次经1/4波片、聚焦镜组单元、声光移频单元、1/2波片、法拉第旋光器、分光镜、准直透镜返回至激光器的激光腔内，在激光移频回馈效应下调制后，再由激光器输出。上述的寄生噪声抑制型激光移频回馈装置在光路中增加了法拉第旋光器、1/2波片、1/4波片即可实现对寄生噪声的抑制和信号光的正常放大，装置的复杂度几乎不受影响，当待测目标在近距离或远距离时装置的使用也不受限制。

技术研发人员：谈宜东,田明旺
受保护的技术使用者：清华大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/14