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受激布里渊散射(SBS)雷达探测系统的研发与应用:文献述略

供稿人:路炜  供稿时间:2011-4-12   关键字:受激布里渊散射  SBS  激光雷达  
布里渊激光雷达可用于探测海水中的声速、温度及水下目标,其发展潜力巨大。与以往的自发布里渊雷达系统相比,基于受激布里渊散射(SBS)的雷达探测系统能够提高信噪比和深度分辨率,而且SBS具有相位共轭的特性,使装置更加简单、实用,因此成为近年来研究的热点[1]。
 
结构
获得更强SBS信号的最直接方法是增大入射激光的能量并使用聚焦透镜,但这种方法容易导致其他非线性过程的产生和降低相位共轭的保真度[2-3]。于是研究人员提出了双池系统来提高受激布里渊散射信号的探测能力,如紧凑双池结构[4]、独立双池结构[5]。
 
在研究独立双池相位共轭镜时,有学者研究了相遇时间、种子光与抽运光交角和能量对布里渊放大的影响。但是在海洋监测布里渊散射激光雷达这样的实际应用中,不可能建立一个单独的放大池,而要求在种子池中同时实现SBS信号的产生和双光束共轴放大。黎明等人把一台YAG激光器输出的激光分成两束,同时入射到布里渊散射池中,证明两束抽运光在产生受激布里渊散射过程中存在耦合并且相互增强[6]。南昌航空大学设计构建了一种基于泵浦放大技术的布里渊散射激光雷达实验系统,用两台脉冲激光器产生多束相干脉冲光束,将探测光与泵浦光用偏振耦合方法耦合为一束同轴传播的正交偏振的脉冲序列,通过腔外脉冲序列偏振控制器,使被探测的布里渊散射信号在向回传播一定距离时与泵浦光束相遇并被最大限度放大[9]。
 
应用
自20世纪80年代Donald等报道了利用布里渊散射和拉曼散射测量海水的盐度、温度及海水中的声速以来,人们在利用布里渊散射探测物体方面进行了大量研究。1984年Hirschbergd等利用法布里-珀罗干涉仪分析后向布里渊散射光的频移,进而确定声速,利用回波信号与发射信号的时间延迟确定探测深度,测量深度精度达1m;1995年美国的Edward小组采用趋于实时监测的边缘探测技术可以达到水下80-100m深处深度分辨率为1m;武立华等应用焦区受激布里渊散射特性探测水下物体,在1.88m探测范围内探测误差均小于4%[7]。K. Schorstein等人使用布里渊激光雷达测量不同深度水域的温度,空间分辨率约为1.5(2)m[8]。
 
参考文献
1.       高玮; 吕志伟; 何伟明; 董永康. 水中受激布里渊散射微弱Stokes信号光的高增益放大. 物理学报, Acta Physica Sinica, 2008年 04期
2.       龚华平; 吕志伟; 林殿阳; 吕月兰. 透镜焦距对受激布里渊散射光限幅特性的影响.物理学报, Acta Physica Sinica, 2006年 06期
3.       陈旭东. 光学单池中受激布里渊散射的双光束共轴放大. 物理学报, Acta Physica Sinica, 2009年 07期
4.       D A Glazkov, V F Efimkov, I G Zubarev, S A Pastukhov, V B Sobolev . Competition between Stokes waves in a phase-conjugating hypersonic mirror based on an oscillator–amplifier system operating under saturation conditions. SOV J QUANTUM ELECTRON, 1988, 18 (8), 974–977
5.       Offenberger A A, Thompson D C, Fedosejevs R et al. Experimental and modeling studies of a Brillouin amplifier. IEEE J. Quant. Electron., 1993, QE-29(1):207~216
6.       黎明; 王淑杰; 王景峰. 双光束抽运的受激布里渊散射反射率的实验研究. 内蒙古师范大学学报 2008年 04期
7.       武立华; 吕月兰; 黄玉. 应用焦区受激布里渊散射特性探测水下物体. 哈尔滨工程大学学报, 2009年 04期
8.       K. Schorstein1, E. S. Fry2 and T. Walther. Depth-resolved temperature measurements of water using the Brillouin lidar technique. Applied Physics B: Lasers and Optics Volume 97, Number 4 / 2009年12月页 931-934
9.       Jinwei Shi, Xudong Chen, Min Ouyang,et al. Amplification of stimulated Brillouin scattering of two collinear pulsed laser beams with orthogonal polarizations. Applied Optics, Vol. 48, Issue 17, pp. 3232-3236 (2009)

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