絕對測溫拉曼激光雷達(dá)的多通道光電系統(tǒng)研究.pdf

1、大氣溫度廓線對于研究大氣傳輸與輻射、氣象變化、地氣輻射平衡等具有重要意義。轉(zhuǎn)動拉曼激光雷達(dá)作為新型的大氣溫度廓線遙感工具，有助于大氣科學(xué)研究、精細(xì)氣象預(yù)報及特殊氣象事件預(yù)警預(yù)報。但目前已有的拉曼激光雷達(dá)多采用兩路溫度敏感性相反的轉(zhuǎn)動拉曼信號之比反演大氣溫度廓線，需要進(jìn)行參數(shù)校正，而多通道拉曼激光雷達(dá)可以更直接精確地反演大氣溫度廓線，對測溫激光雷達(dá)的實(shí)用化具有重要意義。
　　本研究以實(shí)現(xiàn)大氣溫度的絕對探測為目標(biāo)，從分子拉曼散射原理出

2、發(fā)，深入研究了基于多條氮?dú)廪D(zhuǎn)動拉曼譜線的絕對探測大氣溫度技術(shù)；優(yōu)化設(shè)計了以閃耀光柵和光纖布拉格光柵為核心的兩級多路拉曼激光雷達(dá)分光系統(tǒng)，使氮?dú)夥肿臃此雇锌怂古剂孔訑?shù)譜線間的間距與光纖陣列中光纖包層直徑相匹配，考慮氧氣分子譜線的影響，最終選擇J=2，4，6，10，12，16這六條譜線來反演大氣溫度廓線。設(shè)計了用于譜線提取的光纖陣列，分析了光纖陣列的品質(zhì)影響因素。結(jié)合模式耦合理論，以耦合效率為目標(biāo)，分析了耦合效率與耦合透鏡直徑及單模光纖的模

3、場半徑間的關(guān)系。當(dāng)親合透鏡直徑D=50mm，焦距f=220mm，單模光纖模場半徑ω0=1.7μm時，耦合效率可達(dá)0.812。由于實(shí)際加工的光纖陣列與理想設(shè)計的光纖陣列存在偏差，通過構(gòu)建耦合模型，著重分析了當(dāng)光纖端面發(fā)生橫向偏移、縱向偏移以及角度偏轉(zhuǎn)時，其偏移量及偏移角度大小對耦合效率的影響。當(dāng)光纖陣列纖芯間距誤差控制在土1μm以內(nèi)，耦合透鏡離焦量控制在±20μm以內(nèi)時，系統(tǒng)的耦合效率可達(dá)0.45以上。以多通道光電倍增管為核心搭建光電檢測

4、系統(tǒng)，實(shí)驗(yàn)測得各通道增益一致性在92％以上，通道間的串?dāng)_小于0.2%。以寬譜光源作為入射光，搭建以閃耀光柵、光纖陣列為核心的多路分光系統(tǒng)，利用光譜儀進(jìn)行各個通道的掃描，各通道所提取到的中心波長與理論仿真結(jié)果具有較高的一致性，其最大誤差為0.03nm，分析可知其主要是由光纖陣列纖芯間距誤差產(chǎn)生。結(jié)果表明，多通道光電檢測系統(tǒng)具有較好的增益一致性和較低的串?dāng)_，各通道所提取到的中心波長與理論仿真結(jié)果具有較高的一致性，為多通道拉曼激光雷達(dá)系統(tǒng)的全