[发明专利]一种探测大气二氧化碳浓度的激光雷达系统及方法

权利要求书

1.一种探测大气二氧化碳浓度的激光雷达系统，它包括ON波长激光器(2)，OFF波长激光器(5)，ON波长激光控制器(1)，OFF波长激光控制器(4)，第一电光调制器(3)，第二电光调制器(6)，第一光纤耦合器(7)，第二光纤耦合器(9)，光放大器(8)，发射光学单元(10)，接收光学单元(12)，第一光电探测器(11)，第二光电探测器(13)，AD采集卡(14)，用作数据处理的PC机单元(15),其特征在于：

ON波长激光控制器(1)控制ON波长激光器(2)，ON波长激光器(2)输出激光经过第一电光调制器(3)进行正弦波强度调制；OFF波长激光控制器(4)控制OFF波长激光器(5)，OFF波长激光器(5)输出激光经过第二电光调制器(6)进行正弦波强度调制；第一电光调制器(3)与第二电光调制器(6)输出的激光经过第一光纤耦合器(7)耦合输出至光放大器(8)，光放大器(8)输出的激光连接第二光纤耦合器(9)，第二光纤耦合器(9)分一小部分光进入第一光电探测器(11)进行发射能量监视，其余部分进入发射望远镜(10)射入大气中；接收望远镜(12)接收硬目标回波，回波激光经过第二光电探测器(13)，其与第一光电探测器(11)的输出信号输入AD采集卡(14)进行AD转换，得到的数字信号传输至PC机单元(15)进行数据处理。

2.根据权利要求1所述的一种探测大气二氧化碳浓度的激光雷达系统，其特征在于，所述的ON波长激光器(2)和OFF波长激光器(5)采用波长可调谐的外腔可调谐激光器或分布式反馈激光器，它们的波长在二氧化碳吸收峰峰尖波长1572nm波段附近可调谐。

3.根据权利要求1所述的一种探测大气二氧化碳浓度的激光雷达系统，其特征在于，所述的ON波长激光控制器(1)和OFF波长激光控制器(4)包括恒流控制器和恒温控制器,恒温控制器精度优于千分之一度，恒流源温度系数小于100ppm/℃。

4.一种基于权利要求1所述探测大气二氧化碳浓度的测量方法，其特征在于方法如下：ON波长激光控制器(1)控制ON波长激光器(2)，使ON波长激光器(2)的波长被调制，调制范围应该覆盖二氧化碳吸收峰，调制的中心频率由内部的被动稳频单元，即恒流恒温控制器控制；第一电光调制器(3)和第二电光调制器(6)为强度调制器，为便于在信号处理时在频域把ON和OFF激光的回波强度分开，它们的调制频率不同；ON波长激光器(2)的回波信号在短时间内有一个规律的抖动，该抖动是由于我们对ON波长激光器的波长进行调制的结果，一个周期内的最小值即为准确的二氧化碳吸收峰波长的回波信号，根据ON和OFF波长激光器的发射能量信号和接收能量信号，以及差分吸收激光雷达方程反演出大气二氧化碳的浓度。