[发明专利]一种测量大气温度和水汽以及气溶胶的激光雷达系统

权利要求书

1.一种测量大气温度和水汽以及气溶胶的激光雷达系统，包括发射单元、光学接收和分光单元以及数据采集与控制单元，其特征在于：所述发射单元采用固体激光器输出354.7nm激光并导向天顶；所述光学接收和分光单元包括450mm有效孔径的卡塞格林式望远镜、小孔光阑、分光镜、滤光片、透镜、光纤、光纤模式混合器以及双光栅多色仪；激光与大气相互作用的后向散射光由450mm有效孔径的卡塞格林式望远镜接收后，通过分光镜、滤光片、透镜、光纤以及光栅将回波信号中的弹性信号、大气分子的纯转动拉曼谱和振转拉曼谱信号进行分离；所述弹性信号的中心波长为354.7nm，大气分子的纯转动拉曼谱中心波长分别为353.5nm、354.1nm、355.6nm和356.2nm，振转拉曼谱中心波长分别为386.7nm、407.6nm；

所述发射单元包括Nd:YAG固体激光器、扩束器、折反镜；固体激光器产生的354.7nm的激光，经过扩束器进行5倍扩束后由折反镜反射到大气中；

双光栅多色仪包括两级单光栅多色仪；望远镜接收到由折反镜反射到大气中的激光后，依次经过小孔光阑、透镜L1照射到分光镜BS1上；

分光镜BS1的反射光经滤光片IF1、透镜L2后注入光纤F1，光纤F1输出端与光纤模式混合器连接，光纤模式混合器输出端与光纤F2相连，光纤F2与双光栅多色仪的第一级相连，双光栅多色仪的第一级与双光栅多色仪的第二级通过光纤F4连接，双光栅多色仪的第一级的弹性信号由光纤F3导出，纯转动拉曼谱中心波长分别为353.5nm、354.1nm、355.6nm和356.2nm的信号光由光纤F4导入到双光栅多色仪的第二级，第二级的输出光分别由光纤F5和光纤F6导出，光纤F3、F5和F6分别与光电倍增管PMT3、PMT1和PMT2相连；

分光镜BS1的透射光由分光镜BS2再次分为反射部分和透射部分，反射部分经滤光片IF2和透镜L5后进入光电倍增管PMT4，透射部分由分光镜BS3反射后经滤光片IF3和透镜L6进入光电倍增管PMT5；

所述数据采集与控制单元包括光子计数器、计算机；光电倍增管PMT1，PMT2，PMT3，PMT4，PMT5输出接光子计数器，由光子计数器进行采集，光子计数器与计算机连接，由计算机对采集数据进行存储并显示；

所述双光栅多色仪包括两级单光栅多色仪，第一级多色仪包括光栅G1、透镜L3、光纤束阵列端面FA1，第二级多色仪包括光栅G2、透镜L4、光纤束阵列端面FA2；两级单光栅多色仪通过光纤F4相连；每一级多色仪中的透镜和光栅均放置在内壁有密集消光槽结构的密封盒内；

所述分光镜BS1、分光镜BS2和分光镜BS3工作在45度角，分光镜BS1对372nm以下波段信号光高反，对372nm以上高透；分光镜BS2对393nm以下波段信号光高反，对393nm以上高透；分光镜BS3对407nm光高反。