[發明專利]一種基于光絲激光的大氣組分探測系統

在審

• 申請號: 201711060057.0
• 申請日: 2017-11-01
• 公開（公告）號: CN107976426A
• 公開（公告）日: 2018-05-01
• 發明（設計）人: 徐紹偉;劉勛;李維;郭崇嶺;蘇云;陶宇亮
• 申請（專利權）人: 北京空間機電研究所
• 主分類號: G01N21/64
• 分類號: G01N21/64
• 代理公司: 中國航天科技專利中心11009
• 代理人: 陳鵬

1.一種基于光絲激光的大氣組分探測系統，其特征在于，包括：飛秒激光器、光絲調控裝置、光譜分辨裝置和污染物分析裝置；

飛秒激光器，用于生成超快激光，并將所述超快激光導入光絲調控裝置；

光絲調控裝置，用于基于所述超快激光，產生光絲激光，并向大氣發射所述光絲激光，使得光絲激光與大氣內物質相互作用，產生熒光信號；

光譜分辨裝置，用于收集所述熒光信號，并對所述熒光信號進行光譜分析；

污染物分析裝置，用于根據光譜分析結果，識別氣體種類和濃度。

2.根據權利要求1所述的基于光絲激光的大氣組分探測系統，其特征在于，所述飛秒激光器包括飛秒激光振蕩器、飛秒激光展寬器、飛秒激光放大器和飛秒激光壓縮器；

飛秒激光振蕩器，用于通過綠光激光泵浦，產生種子激光，并將所述種子激光導入飛秒激光展寬器；

飛秒激光展寬器，對所述種子激光進行相位展寬，并將展寬的種子激光導入飛秒激光放大器；

飛秒激光放大器，在不超過光學元件損傷閾值的情況下，放大所述展寬的種子激光的功率；

飛秒激光壓縮器，對放大功率后的展寬的種子激光進行壓縮，生成超快激光。

3.根據權利要求1所述的基于光絲激光的大氣組分探測系統，其特征在于，所述光絲調控裝置包括脈沖時間啁啾調控裝置、激光空間相位調控裝置和輔助激光脈沖裝置；

脈沖時間啁啾調控裝置，通過光柵對對超快激光的大氣傳輸色散進行預補償，并增大脈沖寬度，提高超快激光的峰值功率；

激光空間相位調控裝置，用于調節超快激光的空間光強分布，產生光絲激光的陣列，并延長光絲激光的長度，提高光絲激光產生的熒光信號的強度和魯棒性；

輔助激光脈沖裝置，用于通過輔助脈沖，提高光絲激光產生的熒光信號強度。

4.根據權利要求3所述的基于光絲激光的大氣組分探測系統，其特征在于，所述激光空間相位調控裝置包括反射式空間光調制器和二元光學相位板；

反射式空間光調制器，用于調節超快激光的波前相位和曲率半徑，以獲得均勻的匯聚光斑；

二元光學相位板，基于所述均勻的匯聚光斑產生光絲激光的陣列，并通過對光絲激光陣列的幾何特征進行調控，來延長光絲激光的長度，提高光絲激光產生的熒光信號的強度和魯棒性。

5.根據權利要求4所述的基于光絲激光的大氣組分探測系統，其特征在于，所述幾何特征包括光絲激光陣列的光絲激光數目、分布形狀和光絲激光之間的間距。

6.根據權利要求3所述的基于光絲激光的大氣組分探測系統，其特征在于，所述輔助脈沖是納秒脈沖。

7.根據權利要求1所述的基于光絲激光的大氣組分探測系統，其特征在于，所述光譜分辨裝置包括背向熒光收集器、光譜儀和探測器；

背向熒光收集器，用于收集所述熒光信號；

探測器，用于捕獲所述熒光信號；

光譜儀，用于對所述熒光信號進行光譜分析。

8.根據權利要求7所述的基于光絲激光的大氣組分探測系統，其特征在于，所述背向熒光收集器是反射鏡。

9.根據權利要求7所述的基于光絲激光的大氣組分探測系統，其特征在于，所述探測器是電子倍增電荷耦合裝置或增強電荷耦合裝置。

10.根據權利要求1所述的基于光絲激光的大氣組分探測系統，其特征在于，污染物分析裝置根據光譜分析結果，使用人工神經網絡方法來識別氣體種類和濃度。