[發明專利]有效提取大氣鎳共振熒光信號的激光雷達系統

有效

• 申請號: 201710651701.5
• 申請日: 2017-08-02
• 公開（公告）號: CN107202994B
• 公開（公告）日: 2020-05-12
• 發明（設計）人: 薛向輝;上官明佳;夏海云;竇賢康;唐怡環
• 申請（專利權）人: 中國科學技術大學
• 主分類號: G01S17/95
• 分類號: G01S17/95
• 代理公司: 北京凱特來知識產權代理有限公司 11260
• 代理人: 鄭立明;鄭哲

本發明公開了一種有效提取大氣鎳共振熒光信號的激光雷達系統，利用Fabry?Perot干涉儀的周期結構，同時提取多支鎳的共振熒光信號，由于Fabry?Perot干涉儀的帶寬窄和占空比低的特點，可有效隔離大氣背景噪聲；同時，Fabry?Perot干涉儀周期結構引入的大氣背景噪聲通過帶通濾波器和陷波濾波器進一步隔離。該激光雷達系統通過Fabry?Perot干涉儀、帶通濾波器和陷波濾波器的協同工作，可高透過率的提取多支鎳共振熒光信號，同時有效抑制大氣背景噪聲，從而實現鎳激光雷達的晝夜連續觀測。

技術領域

本發明涉及激光雷達領域，尤其涉及一種有效提取大氣鎳共振熒光信號的激光雷達系統。

背景技術

大氣中間層位于80km至110km之間。中間層的大氣參數探測對于研究大氣潮汐波、重力波、行星尺度波以及波與波之間的相互作用具有重要作用。中間層對底部傳輸來的大氣波動、動量注入，以及對太陽輻射、高能粒子的沉降和空間天氣事件的短周期擾動敏感。大氣中間層的重力波控制著由高能粒子產生的NO_x和HO_x的向下輸運過程，而這些粒子將會增大平流層臭氧的損耗從而影響地面的氣候。激光雷達由于其高精度、高時空分辨率等特點，是研究中高層大氣的重要手段。由于流星燒蝕，中間層富含各種金屬原子或者金屬離子，如Na、K、Li、Mg、Ca和Fe等原子或離子。激光雷達通過探測這些金屬原子或離子，可以獲取中間層的大氣參數信息。例如，通過Na共振熒光激光雷達可探測中間層的風速和溫度信息。

目前，基于鎳的大氣激光雷達尚處于研發階段。該類型激光雷達通過發射337.054納米的激光，從而激發鎳的共振熒光，其中339.396納米的信號占總信號的41％，337.054納米的信號占31％，347.35納米的信號占20％。提取鎳的共振熒光信號時，有兩個因素需要考慮，即濾波器對信號的透過率和濾波器對背景噪聲的抑制能力。當采用窄帶濾波器時，濾波器可有效抑制大氣背景噪聲，但窄帶濾波器的透過率低，并且僅可提取單支共振熒光信號，利用率低。當采用帶通濾波器時，濾波器的透過率高，可同時提取幾支共振熒光信號，但將引入大的大氣背景噪聲。

發明內容

本發明的目的是提供一種有效提取大氣鎳共振熒光信號的激光雷達系統，激光雷達系統可實現大氣鎳回波信號的好效率提取，同時有效抑制大氣背景噪聲，從而實現激光雷達的晝夜連續觀測。

本發明的目的是通過以下技術方案實現的：

一種有效提取大氣鎳共振熒光信號的激光雷達系統，包括：種子激光器(1)、激光放大器(2)、激光擴束裝置(3)、望遠鏡(4)、第一耦合透鏡(5)，帶通濾波器(6)、Fabry-Perot干涉儀(7)、溫控裝置(8)、陷波濾器(9)、第二耦合透鏡(10)、探測器(11)、采集卡(12)以及數據處理和顯示系統(13)；其中：

種子激光器(1)的輸出端與激光放大器(2)的輸入端連接，激光放大器(2)的輸出端與激光擴束裝置(3)的輸入端連接；激光通過激光擴束裝置(3)發射到大氣中，大氣的回波信號通過望遠鏡(4)接收；

大氣回波信號先經第一耦合透鏡(5)轉成平行光，平行光依次經帶通濾波器(6)、Fabry-Perot干涉儀(7)和陷波濾器(9)，來提取鎳回波信號并濾除大氣背景噪聲，Fabry-Perot干涉儀(7)內的溫度通過溫控裝置(8)控制，鎳回波信號經陷波濾器(9)后通過第二耦合透鏡(10)經信號耦合到探測器(11)，探測器(11)的輸出端與采集卡(12)的輸入端連接，采集卡(12)的輸出端與數據處理和顯示系統(13)的輸入端連接。