[发明专利]一种全天时准确测量大气温度和气溶胶参数的激光雷达系统

权利要求书

1.一种全天时准确测量大气温度和气溶胶参数的激光雷达系统，包括发射单元、光学接收与信号检测单元、控制单元；发射单元采用种子注入的大功率固体激光器输出极窄线宽的激光并导向天顶；光学接收与信号检测单元收集来自大气物质的后向散射光；控制单元保障整个雷达系统有序工作，其特征在于：所述发射单元采用种子注入的固体激光器输出单脉冲能量～800mJ，重复频率30Hz，线宽<0.006cm^-1的532.23nm激光并导向天顶；光学接收与信号检测单元中两个Raman通道组合窄带干涉滤光片和FPI干涉仪分别提取N₂分子Anti-Stokes纯转动Raman谱J＝6和16两支单谱线信号，对532.23nm附近光产生优于8个量级的抑制，对邻近O₂分子谱线信号产生优于1.5个量级的抑制；系统视场～0.4mrad，弹性通道带宽0.3nm，双Raman通道带宽～30pm，具备全天时工作能力。

2.如权利要求1所述的一种全天时准确测量大气温度和气溶胶参数的激光雷达系统，其特征在于：所述发射单元包括种子激光器、固体激光器、扩束镜、发射台；

种子激光器产生极窄线宽的1064nm红外基频光；基频光由光纤导入固体激光器谐振腔内，经放大后再由二倍频晶体倍频产生线宽<0.006cm^-1，单脉冲能量～800mJ，重复频率30Hz的532.23nm激光输出；扩束镜以8倍倍率放大来射激光直径和压缩来射激光发散角；发射台以>99.5％的反射率将水平来射激光导向天顶方向。

3.如权利要求2所述的一种全天时准确测量大气温度和气溶胶参数的激光雷达系统，其特征在于：所述光学接收与信号检测单元包括望远镜、光阑、反射镜、准直镜、分束镜BS1、干涉滤光片IF3、汇聚镜L3、探测器3、分束镜BS2、干涉滤光片IF2、法布里-玻罗干涉仪FPI2、汇聚镜L2、探测器2、干涉滤光片IF1、法布里-玻罗干涉仪FPI1、汇聚镜L1、探测器1；

望远镜收集大气后向散射光信号；光信号穿过光阑后由反射镜转折并照射准直镜，准直镜将来射光变为平行光；光阑定位在望远镜焦面上，直径设置为0.8mm以控制系统视场为～0.4mrad；BS1反射10％入射信号光照射IF3，经L3汇聚后由探测器3接收；BS1透射剩余～90％入射信号光照射BS2；BS2以1:1的比例反射与透射入射平行光；BS2反射的光信号通过两片相同参数的IF2后照射FPI2，经L2汇聚后由探测器2接收；BS2透射的光信号通过两片相同参数的IF1后照射FPI1，经L1汇聚后由探测器1接收。

4.如权利要求3所述的一种全天时准确测量大气温度和气溶胶参数的激光雷达系统，其特征在于：所述控制单元包括计算机，对采集数据进行存储及通过时序电路保障整个雷达系统自动有序工作；

计算机控制一个三通道的Licel瞬态记录仪采集来自三个探测器的信号，通过一个时序电路控制整个雷达系统自动有序工作；Licel瞬态记录仪同时以模拟和光子计数两种工作模式记录来自探测器1、探测器2和探测器3的原始数据，记录的数据通过一根网线传输至计算机并得以自动存储。

5.如权利要求4所述的一种全天时准确测量大气温度和气溶胶参数的激光雷达系统，其特征在于：

所述IF3有效孔径50mm，中心波长532.23nm，带宽0.3nm，峰值透过率>50％，带外抑制优于3个量级；

所述IF2有效孔径50mm，中心波长531.00nm，带宽0.3nm，峰值透过率>50％，对包括532.23nm弹性回波的带外光抑制优于3个量级；

所述IF1有效孔径50mm，中心波长528.77nm，带宽0.3nm，峰值透过率>35％，对包括532.23nm弹性回波的带外光抑制优于3个量级；

所述FPI2与FPI1有效孔径50mm，空气隙间隔0.189mm，腔端面反射率～90％，自由光谱区～0.75nm，精细度23；FPI2通过精细温度和角度控制，对531.00nm信号具有30％的峰值透过率，带宽～30pm，对532.23nm弹性信号产生优于2个量级的抑制，对O₂分子J＝7的531.18nm谱线信号和J＝9的530.85nm谱线信号产生优于1.5个量级的抑制；FPI1通过精细温度和角度控制，对528.77nm信号具有30％的峰值透过率，带宽～30pm，对532.23nm弹性信号产生优于2个量级的抑制，对O₂分子J＝21的528.91nm谱线信号和J＝23的528.60nm谱线信号产生优于1.5个量级的抑制；

所述探测器3实现对弹性回波信号的接收，探测器2实现对N₂分子Anti-Stokes纯转动Raman谱J＝6谱线信号的提取，探测器1实现对N₂分子Anti-Stokes纯转动Raman谱J＝16谱线信号的提取。