连续波激光相干探测技术研究

　　1　连续波激光相干探测

　　激光的相干探测包括时间相干探测和空间相干探测,这两个探测手段彼此独立.通常利用空间相干特性来鉴别脉冲激光,但由于激光的空间相干特性在大气中传播会降低,而且可见光也具有高度的空间相干性,这样很容易使激光探测出现误差.而激光时间相干特性在大气传输中受的影响较小.因此,多采用时间相干特性将连续波激光从背景噪声和其他光谱中鉴别出来[1].

　　时间相干探测分为法布里-珀罗(F-P)型、迈克逊干涉仪型、光栅衍射型和傅里叶变换光谱型.在这里,提出一种基于单一法布里-珀罗(F-P)型识别连续波激光辐射的方法,主要思路是利用F-P标准具接收辐射源信号,对其进行时间相干调制处理,得到相应的调制信号,给光学接收处理,进行放大,将输出的激光信号进行必要的信息处理(解调、积分、比较)得到宽视场、高分辨率的检测信号.其相干探测的原理框图见图1.

　　1.1　F-P标准具及调制特性

　　应用法布里-珀罗标准具对连续波激光实现时间相干探测的原理如图2所示,它包含有一个或多个F-P标准具.其中,F-P标准具由步进电机沿平行其表面的轴转动,入射激光的透射率随旋转角的变化而变化,当F-P标准具旋转时,激光辐射的入射角θ为不同特定值时或产生相干干涉,或产生相消干涉.因此造成透射光强信号是一个调频波,由其频率最低点可求出入射激光的角度,从而确定出激光照射的方位.不同波长激光对应调频波周期间隔不同,由此可确定激光波长.采用此类激光探测技术可有效地屏蔽直流背景信号,从而消除背景光的干扰,并且具有视场大、虚警率低、角度分辨率高等优点[2].

　　美国DalmoVictor公司的多传感警戒接收机就是应用上述原理制作的.

　　F-P标准具的传输特性是辐射频率V的周期光谱函数[1],如图3中的曲线1所示.当电场施加在标准具上时,标准具的传输特性将发生变化,如图3中的曲线2所示.

　　从图3中可以看出,对于相干辐射,其带宽VC比标准具的辐射频率间距VF-P窄很多,入射光的传输将是电场的一个函数.对非相干光的宽谱线Vn的效果非常小.标准具的辐射频率宽度依赖标准具的光学厚度,这样就可以选用和激光照射频谱相适当的镜片.

　　1.2　相干调制

　　实现对连续波激光源探测的主要环节是对激光信息的鉴别,将连续波激光信息从背景噪声或其他非连续光谱中区分开来.时间相干调制技术在实现上述功能时起到了核心的作用.

　　(1)低频调制技术

　　对于连续波激光调制技术,F-P标准具使用薄

　　片层积状半导体晶体InSe.电压通过2个ITO电极(如图4所示)导入[1].电压周期性改变晶体的折射率并对相干辐射产生周期性调幅,2种不同因素会导致折射率变化.基于InSe晶体的相干调制是一种低频处理技术,仅适用于对连续波激光辐射的鉴别,其操作频率是100 Hz.光电二极管后是带滤波的放大器,滤波后的信号经过比较器,并与预先设置的门限电压进行比较,输出连续波激光探测信息.