CN207051308U - 一种大视场光子多普勒测速装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及激光测试领域，本实用新型针对现有技术的缺点，提供一种实现运动物体干涉信号的频率f的大视场光子多普勒测速装置。本实用新型激光信号分离光路将激光信号分离为激光器本征光场信号和测试信号；测试信号发射光路将测试信号照射于运动物体表面后，反射到测试信号接收光路；测试信号接收光路接收运动物体反射的带有运动信息的测试信号，从而形成整个视场的接收光场信号；激光信号干涉光路将处理后的激光器本征光场信号与处理后的接收光场信号进行干涉处理，得到运动物体干涉信号的频率f。
Description
技术领域
本实用新型涉及涉及激光测试领域，尤其是一种大视场光子多普勒测速装置。
背景技术
光子多普勒测速技术是基于光学多普勒效应和光束干涉原理，其工作原理如下：激光照射在待测运动物体的表面，反射的激光因多普勒(Doppler)效应会产生与运动物体速度成正比的频移，使频移的反射光与激光器本征光发生干涉，干涉频率的变化反映了运动速度的变化，通过得到干涉频率随时间变化的历史从而可以非接触地、连续测量运动物体表面的速度、位移和加速度的变化过程。
光子多普勒测速仪(Photon Doppler Velocimeter,PDV)和任意反射面速度干涉仪(Velocity Interferometer System for Any Reflector,VISAR)是冲击波物理和爆轰物理研究领域内重要的测试仪器。在早期的爆轰测速技术发展中，由于受到当时的光电转换器和示波器记录带宽限制，VISAR一直是爆轰测速的主角。
光纤通信技术和高速光电器件的发展使光子多普勒测速技术(Photon DopplerVelocimetry,PDV)迅速发展起来，2006年美国利弗莫尔国家实验室 (Lawrence LivermoreNational Laboratory，LLNL)在REVIEW OF SCIENTIFIC INSTRUMENTS刊物第77卷发表了一篇文章(Compact system for high-speed velocimetry using heterodyne techniques)介绍了光子多普勒测速技术及其在爆轰物理中的应用。
实用新型内容
主要是针对当前PDV测速技术的缺点，例如只能测量点速度、器件容易损坏，价格昂贵、回波损耗难以消除等，提出了全新的技术改进，提供一种实现运动物体干涉信号的频率f的大视场光子多普勒测速装置。
为解决上述技术问题，本实用新型采用一种技术方案是提供一种大视场光子多普勒测速装置包括：
一种大视场光子多普勒测速装置包括：
激光器连接多模光纤耦合器，多模光纤耦合器将激光信号分离为激光器本征光场信号和测试信号；
测试信号发射光路发射测试信号；
测试信号接收光路接收运动物体的靶面的反射或散射光，并分别与光纤放大器连接；
测试信号接收光路输出端通过光纤放大器、光纤耦合器与激光信号干涉光路连接；
多模光纤衰减器接收激光器本征光场信号，并通过多模光纤衰减器、1*N 多模到单模光纤耦合器与激光信号干涉光路连接。
进一步的，所述测试信号发射光路通过多模光纤实现；或者通过多模光纤以及与多模光纤耦合的透镜实现；其中产生激光信号的激光器采用多模光纤作为尾纤。
进一步的，所述测试信号接收光路通过单模光纤实现，或者通过单模光纤以及与单模光纤耦合的透镜实现。
进一步的，当光纤放大器个数为N，当N等于1时，激光信号干涉光路包括一个单模光纤耦合器和一个光电探测器，1*N多模到单模转换器指的是1*1 多模到单模转换器；当N大于等于2时，激光信号干涉光路包括N个单模光纤耦合器和N个光电探测器，1*N多模到单模转换器指的是1*N多模到单模转换器。
综上所述，由于采用了上述技术方案，本实用新型的有益效果是：
当前PDV测速技术中，发射光路和接收光路为同轴结构，然后采用分束器或者环行器实现接收光束的分离。另外***不可避免的存在回波损耗，回波损耗产生的光和靶面返回的探测光互相干涉，从而影响信号解读。
本实用新型中测试信号发射光路为和多模光纤耦合的透镜或者多模光纤本身，测试信号通过测试信号发射光路照射到运动物体靶面，形成一个大的视场；测试信号接收光路采用和单模光纤束耦合的透镜实现探测光场的探测，从而形成整个视场的反射光强的接收，接收光场与激光本征光场干涉，从而实现运动物体干涉信号的频率f的测量。由于本实用新型中没有采用同轴结构，消除了回波损耗的影响，更有利于信号的解读。
现有技术的PDV测速***采用全单模光纤结构，采用单模光纤对激光器的耦合提出了非常高的要求，大大增加了激光器的成本。另外单模光纤在高功率激光下非常容易损坏，降低了***的稳定性。而本实用新型中的激光器采用多模光纤作为尾纤，能够降低激光器的研制成本，测试信号发射光路同样采用多模光纤，这样可以保证高功率激光在多模光纤中传输，由于多模光纤的芯径比单模光纤大10倍到100倍以上，因此能够有效降低激光功率密度，防止光纤器件(例如光纤连接头、环形器等)损坏。
附图说明
图1是测试信号发射光路与测试信号接收光路与运动物体靶面示意图。
图2是本实用新型原理框图。
图中：
1-窄线宽激光器 2-多模光纤耦合器 3-测试信号发射光路
4-测试信号接收光路 5-多模光纤衰减器 6--光纤放大器
7-光纤放大器 8-1×N多模到单模转换器 9-光纤滤波器
10-光纤滤波器 11-单模光纤耦合器 12-单模光纤耦合器
13-光电探测器 14-光电探测器。
具体实施方式
下面结合附图，对本实用新型作详细的说明。
为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。
本实用新型中整个采用单模-多模光纤混合结构。激光器采用多模光纤作为尾纤；测试信号发射光路采用多模光纤；测试信号接收光路采用单模光纤；最后通过单模光纤耦合器实现双光束的干涉。
连接方式如下：激光器连接多模光纤耦合器，多模光纤耦合器分成两个支路；一个支路通过测试信号发射光路照射运动物体的靶面，测试信号接收光路中单模光纤束接收来自运动物体的靶面的反射或散射光，并分别连接在光纤放大器上，光纤放大器连接光纤滤波器；另外一个支路激光器本征信号连接光纤衰减器，光纤衰减器连接1×N多模到单模转换器。两支路光分别连接在单模光纤耦合器的输出端，单模光纤耦合器的输出端连接光电探测器。
激光器的波长通常为1550nm，这样可以利用现有的光通信器件；线宽为 10kHz左右，从而充分保证激光的时间相干性。多模光纤的芯径为62.5μm或者以上。单模光纤的芯径为10μm。单模光纤耦合器可以为1×2或者3×3结构。探测器的带宽通常在5GHz以上从而保证高的速度测量。
以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
Claims (4)
1.一种大视场光子多普勒测速装置,其特征在于包括：
激光器连接多模光纤耦合器，多模光纤耦合器将激光信号分离为激光器本征光场信号和测试信号；
测试信号发射光路发射测试信号；
测试信号接收光路接收运动物体的靶面的反射或散射光，并分别与光纤放大器连接；
测试信号接收光路输出端通过光纤放大器、光纤耦合器与激光信号干涉光路连接；
多模光纤衰减器接收激光器本征光场信号，并通过多模光纤衰减器、1*N多模到单模光纤耦合器与激光信号干涉光路连接。
2.根据权利要求1所述的一种大视场光子多普勒测速装置,其特征在于所述测试信号发射光路通过多模光纤实现；或者通过多模光纤以及与多模光纤耦合的透镜实现；其中产生激光信号的激光器采用多模光纤作为尾纤。
3.根据权利要求1或2所述的一种大视场光子多普勒测速装置,其特征在于所述测试信号接收光路通过单模光纤实现，或者通过单模光纤以及与单模光纤耦合的透镜实现。
4.根据权利要求1所述的一种大视场光子多普勒测速装置,其特征在于当光纤放大器个数为N，当N等于1时，激光信号干涉光路包括一个单模光纤耦合器和一个光电探测器，1*N多模到单模转换器指的是1*1多模到单模转换器；当N大于等于2时，激光信号干涉光路包括N个单模光纤耦合器和N个光电探测器，1*N多模到单模转换器指的是1*N多模到单模转换器。
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|---|---|---|---|---|
| CN113050114A (zh) * | 2021-03-16 | 2021-06-29 | 深圳市杰普特光电股份有限公司 | 激光测速方法和测速装置 |
| CN117074719A (zh) * | 2023-05-17 | 2023-11-17 | 山东省科学院海洋仪器仪表研究所 | 本振光自适应的光子计数相干海洋流场测速***及方法 |
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