如激光器组件I的温度或电流，可以重新建立单频操作并且也可以通过最大化的测量到的多普勒信号对单频操作进行优化。应该注意的是，激光器组件的相干长度即使对于设置中很小的变化也是很敏感的。
[0076]图6示意性地示出包括单模半导体激光器I的本发明的实施例。激光器I的光学输出在两个方向上由透镜2和圆柱透镜3准直。所得的准直的光学输出4是线性TM偏振并且全部透射穿过偏振分束器5。四分之一波片6将透射的光学输出变成圆形偏振状态。将四分之一波片6稍微倾斜，以避免背反射以到达激光器。部分反射基准窗8的表面7被加膜，以按一定的百分比背反射激光器光学输出。背反射的光束被透射回来穿过四分之一波片6，其中，其变为线性TE-偏振。该TE-偏振光束由偏振分束器5的表面来全反射并且形成基准光束9。基准光束9被透镜10聚焦到检测器11上。激光器光学输出的主要百分比作为圆形偏振光透射穿过基准窗8并且通过望远镜透镜12和13来扩展和聚焦。透射的测量光束14被聚焦到测量体积15 (未示出)上。望远镜的焦距设置系统的测量距离。测量体积15中的颗粒或浮质具有沿着透射的测量光束14的传播路径的速度分量。来自测量体积的背散射和多普勒频移信号光束由还在透射器部件使用的相同的望远镜(透镜13和12)接收，并且被透射回来穿过基准窗8，并且进一步穿过四分之一波片6，继而该四分之一波片6改变光学信号光束的偏振状态，以使其变成TE-偏振。偏振分束器接着全反射接收到的光学信号光束，以将其精确地与基准光束9对齐并且之后光束9穿过聚焦透镜10，该聚焦透镜10将两个光束聚焦到检测器11上。检测器的表面被稍微倾斜，以避免任意背反射以沿着系统的光学路径传播回去。接收到的光学信号和基准光束在检测器表面上形成时间演进光学干扰信号，其与检测器处的检测过程一起形成接收到的信号的多普勒频率的零差检测。所述检测装置将光学信号转换为多普勒电信号。来自检测器11的多普勒电信号通过信号处理器16进一步被放大并对其进行傅立叶分析。
[0077]这个系统的好处是多方面的:只需要用单个半导体激光器产生足够的检测多普勒信号所需的光学功率。偏振分束器5和四分之一波片6的组合用作光束导向器，以将来自基准光束9的所有光学功率和接收到的信号光束导向检测器11。另外，偏振分束器5和四分之一波片6的相同的组合用作光学隔离器，该光学隔离器阻止任意返回的光学功率向激光器I传播。半导体激光器I在其光学输出中没有产生纯高斯TEMOO模式。在这里所述的零差检测混合系统中，仅光束的高斯部分会对多普勒信号的检测起作用。因此，需要对激光器光学输出进行空间滤波。通常，激光器光学输出的空间滤波可以通过将光聚焦到光纤或通过使用透镜或针孔作为空间滤波器来执行。然而，激光器光学输出的空间滤波被固有地建立在下述方式的设计之中:当观看聚焦望远镜(透镜12和13)的聚焦区域中透射的测量光束时，望远镜将用作光学傅立叶变换单元，其仅通过激光器输出的高斯部分形成被聚焦的测量体积。较高的空间非高斯频率被局部化于中心测量体积的外部并且之后将不对由望远镜接收到的光学信号起作用。通过采用聚焦透镜10的焦距和检测器面积11的尺寸的匹配组合来空间地滤波直接从激光器光学输出获得的基准光束9。当检测器面积11被定位在透镜的聚焦平面处时，透镜10用作空间傅立叶变换透镜。通过将检测器的面积选定为与基准光束的傅立叶变换的中心高斯部分的尺寸相等，仅光束的这部分会与信号光束干扰并对检测到的多普勒信号起作用。较高的空间频率将落在检测器面积的外部，并且将不会被检测到，并且将不会扰乱检测过程。
[0078]图7示意性示出根据本发明的激光雷达系统的另一实施例。除了用楔8代替基准窗来提供基准光束之外，本实施例的原理与图6中的相同，本实施例中将楔的第一表面7加膜，以背反射一定百分比的激光器光学输出，以形成基准光束9。本系统的好处是避免具有来自基准窗的第二表面的背反射。因而，可以准确地控制光学基准光束的实际功率。
[0079]图8示意性示出根据本发明的激光雷达系统的又一个实施例。其原理与图6中的相同，不同之处在于如下事实:由望远镜中的第一透镜上的平坦表面7提供基准光束，所述平坦表面7被加膜，以背反射一定百分比的激光器光学输出，以形成基准光束9。本系统的好处是由于光学组件数目较少，所以系统简单。然而，本系统的缺点是除非望远镜12的大透镜可以移动，望远镜将会被固定到预先对准的测量距离。
[0080]图9是用于本发明的实施例的半导体MOPA的功率频谱的图。它具有与大约900米的相干长度相对应的10kHz FWHM。
[0081]图10是图6的实施例测量的多普勒频谱的图。多普勒频率被转换成风速，所述风速沿着X轴绘出并且信号功率沿着I轴绘出。风速低的一天，将测量光束聚焦在40米的距离。
[0082]可以将每个公开的实施例修改成包括第一光纤，所述第一光纤用于从光源到望远镜的测量光束的传输；以及第二光纤，所述第二光纤用于将从测量体积中的目标发射的光传输到检测器，由此望远镜的位置可以相对于激光雷达系统的光源、检测器和其他组件在物理上是远程的。第一和第二光纤可以被组合在一个光纤中。另外，可以用相应的光纤光学组件代替所示的光学组件。例如，可以用光学光纤耦合器代替图3-8中的分束器5。
【主权项】
1.一种相干激光雷达系统，包括: 一体化的半导体激光器组件，所述一体化的半导体激光器组件配置为用于发射电磁辐射的测量光束； 成像光学元件，所述成像光学元件配置为用于向空气的测量体积传输所述测量光束，以照射所述空气的测量体积中的悬浮颗粒； 基准光束产生器，所述基准光束产生器用于产生基准光束； 检测器，所述检测器通过将所述基准光束与从由所述测量光束照射的所述空气的测量体积中的所述悬浮颗粒发射的光进行混合来产生检测器信号，以及 信号处理器，所述信号处理器用于基于所述检测器信号来产生与空气悬浮颗粒的速度相对应的速度信号， 其中所述相干激光雷达系统被配置成使得从所述颗粒发射的光通过传输所述测量光束的相同成像光学元件接收，以及 其中所述一体化的半导体激光器组件是MOPA，所述MOPA具有集成在同一基板上的半导体激光器和锥形半导体放大器，或者所述一体化的半导体激光器组件是锥形半导体激光器。
2.根据权利要求1所述的相干激光雷达系统，其中，所述一体化的半导体激光器组件是Μ0ΡΑ，所述MOPA包括:半导体芯片和锥形半导体放大器，所述半导体芯片具有分布式反馈主控振荡器。
3.根据权利要求1或2所述的相干激光雷达系统，其中，所述信号处理器进一步被配置成用于确定风速。
4.根据权利要求1或2所述的相干激光雷达系统，其中，所述信号处理器进一步被配置成用于确定所述空气的测量体积中的涡流。
5.根据权利要求1或2所述的相干激光雷达系统，其中，所述信号处理器进一步被配置成用于确定所述空气的测量体积中的温度。
6.根据权利要求1或2所述的相干激光雷达系统，其中，所述信号处理器被配置成用于基于所述检测器信号产生与所述空气的测量体积中的颗粒浓度相对应的浓度信号。
7.根据权利要求1或2所述的相干激光雷达系统，其中，所述信号处理器被配置成用于确定所述空气的测量体积中的颗粒浓度。
8.根据权利要求1或2所述的相干激光雷达系统，进一步包括:光纤，所述光纤用于在所述全半导体激光器组件与所述激光雷达系统的光学输出之间传输所述测量光束。
9.根据权利要求1或2所述的相干激光雷达系统，其中，所述基准光束产生器是分束器，所述分束器用于将所述一体化的半导体激光器组件发射的光束分为所述基准光束和导向所述测量体积的所述测量光束。
10.根据权利要求1或2所述的相干激光雷达系统，其中，所述基准光束产生器是所述一体化的半导体激光器组件，所述一体化的半导体激光器组件被配置为发射所述基准光束和所述测量光束。
11.根据权利要求1或2所述的相干激光雷达系统，进一步包括:空间滤波器，所述空间滤波器用于对所述基准光束进行滤波，由此减少所述基准光束的非高斯空间分量。
12.根据权利要求11所述的相干激光雷达系统，进一步包括:傅立叶透镜，所述傅立叶透镜设置在所述基准光束的传播路径中，并且其中所述空间滤波器设置在所述傅立叶透镜的傅立叶平面内，用于减少所述基准光束的非高斯空间分量。
13.根据权利要求11或12任一项所述的相干激