[发明专利]基于差分吸收的大气二氧化碳远距离激光相干探测装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种探测大气的激光雷达装置，尤其涉及基于差分吸收原理远距离探测二氧化碳空间浓度分布的相干激光探测装置。

背景技术

大气中的CO₂与人类生活息息相关，普遍得到环境学者的关注和研究。CO₂与生物圈是如何相互影响的(得到量化的信息，哪些地方是源，哪些地方是汇)，自然界C元素循环机制怎样等等，对CO₂的许多方面至今尚不很清楚。关于CO₂时空分布的知识及其变化原因的理解，对预测将来CO₂水平及其对温度变化的影响也是必需。大气CO₂浓度的探测十分重要，是弄清这些问题的重要前提。

激光雷达特别适用于对大气的探测。这是因为激光束的许多优异性能几乎都可以在大气探测激光雷达中的充分利用。激光的高亮度、高准直度和短脉冲特性，使得大气探测激光雷达具有很高的探测灵敏度和空间分辨能力；激光可以遥测大气的时空分布，这不仅有助于详细了解大气中各种气体成分的实况，而且对研究大气的扩散规律也很有价值。目前，激光对二氧化碳的远距离遥测主要采用Raman散射原理。Raman散射雷达具有激光波长无严格选择、系统结构相对简单的优点，但探测灵敏度较低，不能快速掌握大气中二氧化碳的时空分布及变化情况。

发明内容

本发明的目的是提供基于差分吸收的大气二氧化碳远距离激光相干探测装置，可以实现对远距离二氧化碳气体浓度的高精度快速检测。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种基于差分吸收的远距离二氧化碳相干激光探测装置，On光源激光器的输出端通过气体池A与探测器A的输入端连接，探测器A输出端与控制器A输入端连接，控制器A输出端与On光源激光器输入端连接；On光源激光器输出端与 频移器输入端连接、频移器输出端与调制器输入端连接，调制器输出端与发射光学系统输入端连接；接收光学系统输出端与滤波器A输入端连接，滤波器A输出端与混频探测器A输入端连接，On光源激光器输出端与混频探测器A输入端连接；混频探测器A输出端与滤波放大采样电路输入端连接，滤波放大采样电路输出端与用以发射系统控制指令，完成空间扫描和相关数据收集，并对差分吸收回波数据进行处理得到二氧化碳空间浓度分布信息的系统控制及二氧化碳数据反演处理装置的输入端连接；扫描驱动装置的输出端分别与发射光学系统和接收光学系统输入端连接。

一种基于差分吸收的远距离二氧化碳相干激光探测装置，所述装置中还设有Off光源激光器，Off光源激光器的输出端通过气体池B与探测器B的输入端连接，探测器B输出端与控制器B输入端连接，控制器B输出端与Off光源激光器输入端连接；所述On光源激光器和Off光源激光器的输出端通过波分复用器与所述频移器输入端连接；所述接收光学系统与滤波器之间设有分波器；分波器的输出端与滤波器B的输入端连接；滤波器B的输出端与混频探测器B输入端连接；混频探测器B输出端与所述滤波放大采样电路输入端连接；Off光源激光器输出端与混频探测器B输入端连接。

一种基于差分吸收的远距离二氧化碳相干激光探测装置，所述频移器为声光频移器或电光频移器。

一种基于差分吸收的远距离二氧化碳相干激光探测装置，所述调制器为声光调制器或机械调制器。

一种基于差分吸收的远距离二氧化碳相干激光探测装置，所述滤波器为光纤滤波器或滤波片。

一种基于差分吸收的远距离二氧化碳相干激光探测装置，所述频移器具体为声光频移器。

一种基于差分吸收的远距离二氧化碳相干激光探测装置，其特征在于所述调制器具体为声光调制器。

一种基于差分吸收的远距离二氧化碳相干激光探测装置，所述滤波器A和滤波器B为光纤滤波器A和光纤滤波器B；光纤滤波器A和光纤滤波器B的输出端分别与混频探测器A和混频探测器B的输入端相连接。

本发明基于差分吸收的远距离二氧化碳相干激光探测装置利用差分吸收原理，通过产生特定的激光波长实现对二氧化碳吸收光谱进行探测，从而实现对二氧化碳浓度的远距离高灵敏度探测。基于相干检测技术可进一步提高探测装置的灵敏度。可以实现对远距离二氧化碳时空分布的快速检测。