[發明專利]全光纖激光外差太陽輻射計

有效

• 申請號: 201610871890.2
• 申請日: 2016-09-30
• 公開（公告）號: CN106382987B
• 公開（公告）日: 2017-10-31
• 發明（設計）人: 談圖;高曉明;王晶晶;朱公棟;王貴師;曹亞南
• 申請（專利權）人: 中國科學院合肥物質科學研究院
• 主分類號: G01J3/28
• 分類號: G01J3/28
• 代理公司: 合肥和瑞知識產權代理事務所(普通合伙)34118
• 代理人: 任崗生

技術領域

本發明涉及一種太陽輻射計，尤其是一種全光纖激光外差太陽輻射計。

背景技術

高光譜分辨率的太陽光譜數據是研究地球大氣的重要數據，可用于計算大氣的透過率、大氣成分的垂直廓線等。由于太陽光譜信號的光譜分辨率對計算結果的精度有著很大的影響，故對高光譜分辨率的太陽光譜數據的獲取對于地球大氣輻射、溫室效應、天氣預報等方面的研究有著重要的意義。目前，常用的地基測量太陽光譜的裝置多如2006年6月出版的《紅外》期刊第27卷第6期“太陽輻射計”一文中所介紹的直接太陽輻射計。該直接太陽輻射計主要由相互連接的太陽跟蹤裝置、探測器和數據處理器組成；測量時，探測器將太陽跟蹤裝置傳來的太陽光信號轉換為電信號，并送往數據處理器，由其計算出所需的數據結果。這種直接太陽輻射計存在著測定的太陽光譜的分辨率不高之不足。為獲得高光譜分辨率的太陽光譜數據，也有使用傅立葉變換光譜儀的；但這卻使測量設備的體積很大和需較高的功耗，以及較長的測量時間，極不利于實現高分辨率太陽光譜的實時測量和測量設備便攜機動的應用需求。

發明內容

本發明要解決的技術問題為克服現有技術中的不足之處，提供一種既能測得高光譜分辨率的太陽光譜數據，又體積小、使用方便的全光纖激光外差太陽輻射計。

為解決本發明的技術問題，所采用的技術方案為：全光纖激光外差太陽輻射計包括與太陽跟蹤器連接的探測器和數據處理器，特別是，

所述太陽跟蹤器的輸出端經第一光纖與光纖合束器的一個輸入端連接，所述光纖合束器的輸出端經第二光纖與高速外差探測器連接，所述高速外差探測器依次經射頻處理器、鎖相放大器、采集器與數據處理器電連接，所述太陽跟蹤器的輸出端還經斬波器與鎖相放大器連接，用于得到高信噪比的外差信號；

所述太陽輻射計還含有可調諧窄線寬激光器，所述可調諧窄線寬激光器的輸出端經第三光纖與光纖分束器的輸入端連接，所述光纖分束器的一個輸出端經第四光纖與所述光纖合束器的另一個輸入端連接，光纖分束器的另一個輸出端經第五光纖、分束鏡、光學標準具與光電探測器連接，所述光電探測器經采集器與數據處理器電連接，所述分束鏡的反射光路上置有其輸出端與數據處理器電連接的波長計，用于提供本振光和獲取本振光實時輸出的波長；

所述數據處理器為計算機，其輸出端與可調諧窄線寬激光器的輸入端電連接，用于調諧窄線寬激光器的輸出，并由得到的高信噪比的外差信號和獲取的本振光實時輸出的波長得出太陽光在調諧范圍內的光譜。

作為全光纖激光外差太陽輻射計的進一步改進：

優選地，光纖合束器為中紅外光纖合束器。

優選地，高速外差探測器為碲鎘汞高速光電探測器，或銦鎵砷高速光電探測器。

優選地，第二光纖與高速外差探測器間置有第一聚焦透鏡；利于提升探測的精度。

優選地，射頻處理器含有帶通濾波器和平方率探測器；以便于限制電路帶寬和檢測信號功率。

優選地，可調諧窄線寬激光器為量子級聯激光器，或帶間級聯激光器，或近紅外分布反饋激光器。

優選地，光纖分束器的分束比為98％：2％，其中，98％的光送往光纖合束器。

優選地，分束鏡的分束比為30～70％：30～70％。

優選地，光學標準具與光電探測器間置有第二聚焦透鏡；利于提升探測的精度。

優選地，第一光纖、第二光纖、第三光纖、第四光纖和第五光纖均為空芯光纖；利于降低傳輸損耗。

相對于現有技術的有益效果是：

采用這樣的結構后，全光纖激光外差太陽輻射計既由于使用了外差探測方式，而極大地提高了測量的信噪比和光譜分辨率，使光譜分辨率高達0.005cm^-1，遠高于現有技術的1cm^-1；還因在光路的耦合上使用了光纖，并使用了光纖合束器和分束器進行光路的匹配，大大地減小了儀器的體積和提高了運行的可靠性；更有著功耗低、測量時間短的優勢；使其極易于便捷地實時測量高光譜分辨率的太陽光譜數據。

其中，激光外差探測方式實現的機理為，

信號光(太陽光)和本振光(激光)通過合束器進行光匹配后，照射到光電探測器上由其進行探測。光電探測器是對光場中電場部分的探測，其響應特性是平方率關系，即：光電探測器輸出的光電流正比于電場的平方。