摘要：针对中红外波段差分吸收激光雷达探测性能标定的问题,设计并搭建了中红外波段差分吸收检测直通型气体池,以开展大气苯系物差分吸收光谱检测实验。以中红外带间级联激光器为光源,结合带间级联激光器的发射光束参数,设计了直通型气体池的结构参数和光学参数,测试了3187.0 nm和3235.3 nm波段的气体池透光特性和密封性能,并在此基础上,以苯为例开展了差分吸收激光雷达探测标定实验。结果表明,该气体池在测试波段的透光率大于85%,100 h的负气压减少约13 kPa,差分吸收光谱检测标定实验的相关系数为0.995,完全满足中红外波段差分吸收激光雷达的标定要求。

摘要：苯作为挥发性有机化合物(VOCs)的重要组成部分,其大气污染状况日益引起人们的关注,中红外波段通常是分子的基频指纹吸收区,已成为痕量气体检测的重要波段,而差分吸收激光雷达是探测大气痕量气体的重要手段,故针对区域性苯浓度实时遥感问题,提出基于中红外带间级联激光器(ICL)的探测大气苯浓度路径积分型差分吸收(IPDA)激光雷达系统。首先,在分析IPDA激光雷达的探测原理的基础上,构建了IPDA激光雷达的反演算法及其误差分析模型。其次,详细分析来自HITRAN数据库的中红外3100 cm^(-1)附近苯以及主要干扰气体(如HCl,CH_(4)和H_(2)O)的吸收光谱,结合HCl和CH_(4)着重考虑了H_(2)O对探测结果的影响,选择IPDA激光雷达的测量波长和参考波长分别为3090.89和3137.74 cm^(-1)。再次,基于两个连续波ICL,设计了探测大气苯浓度IPDA激光雷达系统,并可通过控制温度和驱动电流调谐激光器的输出波长,使其波长分别稳定在强吸收谱区和弱吸收谱区,并设计了基于中红外衍射光栅的光谱分光子系统,以实现双波长接收信号的同步探测。最后,基于标准大气模型,仿真分析了不同路径长度、能见度和水汽浓度情况下激光雷达的探测性能,并搭建中红外波段检测气体池开展了测试实验,以验证该IPDA激光雷达系统的可行性。仿真及实验结果分析表明,当大气能见度为5 km,水汽浓度低于0.4%时,苯的浓度路径积(CL)在0.1~24 mg·m^(-3)·km范围内探测的相对误差优于10%,而苯的CL为5 mg·m^(-3)·km时探测相对误差优于1%;初步实验测试了中外红波段差分吸收激光雷达探测的线性相关系数R^(2)约为98.7%。

摘要：为实现大气温度廓线的全天时绝对探测,基于N_(2)分子的精细纯转动拉曼谱线结构,本课题组提出并设计了多通道纯转动拉曼激光雷达分光系统。采用F-P干涉仪(FPI)作为频率梳滤波器,考虑FPI膜层损耗和镜面缺陷,精细匹配N_(2)分子anti-Stokes分支的纯转动拉曼谱线,实现了FPI结构及性能参数的优化,并有效滤除了太阳背景噪声及邻近谱线信号;结合衍射光栅和光纤线阵列,通过两级光谱滤光对弹性散射信号实现了约60 dB的抑制率,有效提取了8通道偶转动量子数(J=6~20)的拉曼光谱信号,以直接反演大气温度;基于标准大气模型,对8通道纯转动拉曼分光系统的信号功率及信噪比进行了仿真,并分析了全天时绝对测温激光雷达的探测性能。结果表明,在累积时间为17 min时,该系统实现白天信噪比优于10的探测高度可达到1.8 km,反演温度1 K偏差对应的高度达0.8 km,可实现全天时大气温度廓线的无校正探测。

摘要：针对过冷云分布的探测,设计了一种近红外机载偏振同轴微脉冲激光雷达系统。该系统采用波长1550 nm激光激励,可有效减少云中小尺度气溶胶粒子的消光,从而提高大尺度云粒子的探测距离和效率。通过非球形粒子的退偏比来甄别云粒子相态,同时提出了云含水量的激光雷达反演算法,并结合机载温度数据和对流层特征,反演过冷云的空间分布。基于标准大气模型和机载仪器的云粒子谱数据,仿真分析了不同激励波长偏振微脉冲激光雷达在两种对流层云中的探测性能,结果表明下层云中的探测距离约为1.1 km,而上层云中的探测距离可达1.5 km。