激光雷达常数的测量研究

提出了一种新的激光雷达常数的确定方法.利用在大气气溶胶水平分布均匀的天气条件下,在无几何因子影响的区域通过激光雷达消光后向散射比和美国大气模式的数值计算得到激光雷达常数.理论上分析了误差来源,由激光雷达消光后向散射比引起最大的误差小于12.27%.最后根据测量信号计算得到本系统激光雷达常数为600668.2 sr·km3,其标准偏差小于13%.不同时刻的测量结果显示了很好的一致性,表明该方法是可行的.激光雷达常数的获取为评估激光系统以及激光雷达方程的参数反演带来的便利.     

喇曼激光雷达探测云及其附近气溶胶光学参量

为了研究喇曼激光雷达探测云与气溶胶相互作用相关光学参量的可行性,研制了一台607nm喇曼激光雷达。采用适当提高喇曼激光雷达配置的方法,提高了喇曼回波信号信噪比。通过实验取得了晴空少云天气下云和气溶胶的消光系数垂直廓线,给出了喇曼激光雷达观测云与气溶胶相互作用的个例分析,说明利用地基喇曼激光雷达,可以为研究云与气溶胶之间相互作用的物理过程提供基础数据,并指出正在研制的多波长喇曼-偏振激光雷达技术探测云与气溶胶相互作用的技术优势。结果表明,喇曼激光雷达具备定量探测中低自由对流层内薄云层和气溶胶消光系数的能力。     

探测边界层大气温度的转动喇曼激光雷达

为了研制一种测量边界层大气温度的激光雷达,采用氮气和氧气的转动喇曼谱的强度比反演大气温度垂直分布的方法,对转动喇曼激光雷达系统进行了理论分析与实验研究,取得了边界层内的大气温度数据。结果表明,该激光雷达测量的大气温度在0km~2.5km处与大气模式表现出了较好的一致性,激光能量为100mJ,测量时间约为17min,垂直分辨率为7.5m;2.5km处信号随机起伏引起的统计误差达到1K,可以对边界层内2.5km以下的大气温度进行高精度测量;如果要使测量的高度进一步增加,可以增大激光脉冲的能量或选用口径大的望远镜。这对探测边界层大气温度的转动喇曼激光雷达系统的研制提供了有益的指导。     

一种新型喇曼光学限幅器

本文描述了激光束功率限幅器的被动技术。这一技术是基于后向喇曼的饱和效应。过程是完全被动的,只由光束本身决定,而不需要外界机构加以诱导限幅。     

激光雷达测量大气气溶胶光学厚度方法研究

介绍一种激光雷达常数标定和气溶胶光学厚度(AOD)测量的新方法.利用太阳辐射计,获得大气气溶胶的光学厚度,激光雷达可以获得35～40 km高度的回波信号,在这一高度区间可忽略气溶胶的存在,大气模式可以提供大气分子散射系数,根据激光雷达方程计算出激光雷达常数.反之,标定激光雷达常数后,根据激光雷达方程,以激光雷达35～40 km的大气分子后向散射回波信号来确定气溶胶的光学厚度.激光雷达测量结果与太阳辐射计的测量结果一致性较好,说明该方法是可行的.这种新方法既可以用于白天的气溶胶光学厚度测量,也可以用于夜间测量.     

硫化铅掺杂石英玻璃光纤喇曼增强特性研究

普通单模光纤的喇曼增益低,严重制约了喇曼放大器的发展。因此,研究高喇曼增益的光纤具有重要意义。研究了硫化铅掺杂石英玻璃光纤的喇曼散射增强特性。采用改进的化学气相沉积(MCVD)法分别制备出硫化铅掺杂石英玻璃光纤和普通单模光纤样品,并测得其传输损耗谱和喇曼光谱,实验结果表明:硫化铅掺杂石英玻璃光纤具有更强的喇曼散射强度。在不同的泵浦功率条件下,分别进行了喇曼放大实验,相比于普通单模光纤,硫化铅掺杂石英玻璃光纤具有更大的喇曼增益。     

利用喇曼-米方法确定激光雷达几何因子

为了快速合理地确定激光雷达几何因子反演关键参量激光雷达比,利用雷达充满区几何因子值恒为1的属性提出一个简捷的新途径,对这种方法从理论上进行了推导,并以实际雷达数据进行了验证,反演得到的几何因子在充满区没有出现单调增加或者单调减小等不合理情况。结果表明,这种方法避免了目前激光雷达比需多次取值对结果定性分析繁琐耗时的不足,是合理有效的。这将对于反演出雷达几何因子并进而获得近地面气溶胶信息具有重要参考价值。     

增益平坦光纤喇曼放大器的实现

介绍了一种独特的方法来实现具有最优增益平坦度和增益带宽的增益平坦喇曼光纤放大器.通过使用反向放大器设计,实现了不使用任何增益均衡器在12 THz带宽上的相对平坦度低于1%,这种放大器的结构比现有的宽带光纤放大器在增益平坦上有一定的进步.     

内腔式甲烷喇曼激光器特性研究

以甲烷作为喇曼散射物质,用Nd~(3+)YAG输出的1.06μm激光作为泵浦光,进行了染料盒初始透过率,1.54μm输出膜片及聚焦透镜的调整状态对内腔式甲烷喇曼激光器有关特性的研究。     

基于布里渊激光雷达测量大气声速误差分析

为了对大气声速误差进行分析,利用布里渊散射信号激光雷达对大气声速进行了测量,分析了大气声速与大气布里渊频移、大气折射率和入射激光波长的具体关系,利用该方法测量了大气声速的精度,并进行了数值分析.结果表明,在标准大气条件下,0km～86km海拔高度范围内大气声速测量的不确定度小于0.269m/s.该误差的分析对激光雷达的设计具有参考价值.     

ARL-1 Raman激光雷达系统探测大气二氧化碳

介绍了中国科学院安徽光学精密机械研究所研制的测量对流层大气二氧化碳的ARI-I Raman激光雷达系统,以Nd:YAG三倍频作为发射光源,接收大气中氮气和二氧化碳的Raman后向散射信号,反演大气中的二氧化碳混合比分布.在ARL-1 Raman激光雷达系统中,设计了测量Raman激光雷达常数的标定装置,实验结果表明,定标光源LED的稳定度可达99.5%.利用该系统对边界层二氧化碳进行了初步定量测量和分析.     

基于拉曼激光雷达的南京上空大气温度廓线观测

介绍了综合使用瑞利、拉曼、米散射三种技术的激光雷达的基本结构与拉曼散射温度反演原理。对其中的拉曼回波信号进行了背景噪声扣除、滑动平均和小波变换降噪,在此基础上分析了气溶胶对拉曼激光雷达温度廓线反演的影响。利用上述激光雷达信号处理方法对南京上空的温度廓线进行观测,反演了2010年11月19日18时53分至19时35分连续观测的数据。反演的温度廓线表明,观测开始至观测结束,5.5 km处的温度变化为2 K的波动变化;对2010年11月整月的观测数据进行分析处理,得到11月份上中下三旬的平均温度廓线。在10 km高度处,下旬温度比上旬温度低4 K,随着入冬的进程,低空段的大气温度递减率有明显增大的趋势;11月的月平均温度在5~10 km处低于模式值4 K左右,并且两者几乎平行,说明11月份5~10 km各高度温度比模式均低4 K左右。     

基于转动拉曼测温激光雷达数据采集系统的阈值校正和延时补偿技术

针对转动拉曼测温激光雷达数据采集系统中光子计数卡各通道阈值及延时之间的误差,结合光子计数卡的工作原理以及方波信号幅值电压的波动性,构建阈值测量系统,以方波信号作为通道的输入,通过调整阈值电压设定值,使计数值达到最大的方法对通道的阈值误差进行了测量,并对其进行了曲线拟合。构建延时测量系统,测量各通道之间的延时差,并提出了对其进行补偿的方案。对阈值误差测量数据及拟合结果进行了分析,分析结果表明通过拟合曲线对各通道阈值电压进行设定,可更快地设置所要求的阈值电压。对延时差的补偿可以使温度分布廓线定位精度提高约10m。     

车载激光雷达探测低层大气中NO_2

在北京城区和城郊利用第二代车载测污激光雷达(AML-2)进行了外场测量实验,利用差分吸收技术从垂直、水平方向分别给出了低层大气中污染物NO2的典型测量数据。结果表明:城区的NO2浓度明显高于城郊地区的水平,并且也证实了利用该系统可以有效地监测低层大气的污染情况,为空气中有害气体的光学遥测提供了有效的测量手段。     

用共振激光雷达探测热层氦浓度的数值模拟

为了分析激光雷达探测热层氦浓度的回归信号和信噪比,采用理论分析和计算机模拟的方法,得到了峰值有效后向散射截面的数量级约为10-17M2的结果;在忽略背景噪声和考虑背景噪声的情况下,数值模拟研究了其回归信号的大小。结果表明,目前探测系统的信噪比是比较小的,要提高系统的信噪比,就要降低分辨率范围Δz和延长积分时间τ。这一结果对激光雷达探测热层氦浓度有帮助。     

差分吸收激光雷达测量环境SO2

提出了一种新的差分吸收激光雷达(DIAL)技术探测大气环境SO2。利用Nd：YAG激光器的四倍频266．0nm抽运甲烷和氘气，可以获得它们的一级斯托克斯拉曼频移波长288．38nm和289．04nm。SO2对波长为289．04nm的激光吸收较强，对288．38nm的激光吸收较弱，波长对288．38nm和289．04nm可用于大气SO2的测量。利用这种技术，建立了一台测量大气SO2的差分吸收激光雷达，并进行了实际测量和初步研究，对激光雷达测量SO2误差的主要来源进行了分析．并估计了测量误差的大小。差分吸收激光雷达的测量结果与仪器测量结果相比具有可比性。     

大气CO2 Raman后向散射的探测与可靠性分析

研究和设计了探测大气CO2浓度的Raman激光雷达,其发射机采用Nd:YAG激光的三倍频354.7 nm作为工作波长,发射的单脉冲能量60 mJ,重复频率20 Hz;接收机采用了光电倍增管(量子效率25%)和光子计数器(计数速率200MHz),探测CO2的Raman散射371.66 nm(频移1285 cm-1)信号,采用组合滤光片来抑制强的354.7 nm Mie-Rayleigh后向散射和氧气Raman后向散射375.4 nm对信号的严重干扰.主要采取排除法,检验其他波段的辐射是否被截止,实验证明回波主要是371.66 nm辐射.O2的干扰大约为CO2信号的1%.