[發明專利]一種測量大氣溫度和水汽以及氣溶膠的激光雷達系統

有效

• 申請號: 201710045941.0
• 申請日: 2017-01-20
• 公開（公告）號: CN106814371B
• 公開（公告）日: 2020-06-09
• 發明（設計）人: 易帆;余長明;張云鵬;柳付超;何裕金;翁淼
• 申請（專利權）人: 武漢大學
• 主分類號: G01S17/95
• 分類號: G01S17/95;G01N21/39
• 代理公司: 武漢科皓知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 42222
• 代理人: 趙麗影;代文成

1.一種測量大氣溫度和水汽以及氣溶膠的激光雷達系統，包括發射單元、光學接收和分光單元以及數據采集與控制單元，其特征在于：所述發射單元采用固體激光器輸出354.7nm激光并導向天頂；所述光學接收和分光單元包括450mm有效孔徑的卡塞格林式望遠鏡、小孔光闌、分光鏡、濾光片、透鏡、光纖、光纖模式混合器以及雙光柵多色儀；激光與大氣相互作用的后向散射光由450mm有效孔徑的卡塞格林式望遠鏡接收后，通過分光鏡、濾光片、透鏡、光纖以及光柵將回波信號中的彈性信號、大氣分子的純轉動拉曼譜和振轉拉曼譜信號進行分離；所述彈性信號的中心波長為354.7nm，大氣分子的純轉動拉曼譜中心波長分別為353.5nm、354.1nm、355.6nm和356.2nm，振轉拉曼譜中心波長分別為386.7nm、407.6nm；

所述發射單元包括Nd:YAG固體激光器、擴束器、折反鏡；固體激光器產生的354.7nm的激光，經過擴束器進行5倍擴束后由折反鏡反射到大氣中；

雙光柵多色儀包括兩級單光柵多色儀；望遠鏡接收到由折反鏡反射到大氣中的激光后，依次經過小孔光闌、透鏡L1照射到分光鏡BS1上；

分光鏡BS1的反射光經濾光片IF1、透鏡L2后注入光纖F1，光纖F1輸出端與光纖模式混合器連接，光纖模式混合器輸出端與光纖F2相連，光纖F2與雙光柵多色儀的第一級相連，雙光柵多色儀的第一級與雙光柵多色儀的第二級通過光纖F4連接，雙光柵多色儀的第一級的彈性信號由光纖F3導出，純轉動拉曼譜中心波長分別為353.5nm、354.1nm、355.6nm和356.2nm的信號光由光纖F4導入到雙光柵多色儀的第二級，第二級的輸出光分別由光纖F5和光纖F6導出，光纖F3、F5和F6分別與光電倍增管PMT3、PMT1和PMT2相連；

分光鏡BS1的透射光由分光鏡BS2再次分為反射部分和透射部分，反射部分經濾光片IF2和透鏡L5后進入光電倍增管PMT4，透射部分由分光鏡BS3反射后經濾光片IF3和透鏡L6進入光電倍增管PMT5；

所述數據采集與控制單元包括光子計數器、計算機；光電倍增管PMT1，PMT2，PMT3，PMT4，PMT5輸出接光子計數器，由光子計數器進行采集，光子計數器與計算機連接，由計算機對采集數據進行存儲并顯示；

所述雙光柵多色儀包括兩級單光柵多色儀，第一級多色儀包括光柵G1、透鏡L3、光纖束陣列端面FA1，第二級多色儀包括光柵G2、透鏡L4、光纖束陣列端面FA2；兩級單光柵多色儀通過光纖F4相連；每一級多色儀中的透鏡和光柵均放置在內壁有密集消光槽結構的密封盒內；

所述分光鏡BS1、分光鏡BS2和分光鏡BS3工作在45度角，分光鏡BS1對372nm以下波段信號光高反，對372nm以上高透；分光鏡BS2對393nm以下波段信號光高反，對393nm以上高透；分光鏡BS3對407nm光高反。