[发明专利]一种测量大气水Raman谱和气溶胶荧光谱的激光雷达系统

权利要求书

1.一种测量大气水Raman谱和气溶胶荧光谱的激光雷达系统，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固体激光器输出极窄线宽的紫外激光并导向天顶；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；控制单元控制发射单元、光学接收与信号检测单元，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极窄线宽的354.8nm紫外激光并导向天顶；光学接收与信号检测单元对354.8nm附近光产生优于15个数量级的抑制，并以0.8nm的谱精度分辨与记录393.0-424.0nm谱带范围信号光。

2.如权利要求1所述的一种测量大气水Raman谱和气溶胶荧光谱的激光雷达系统，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、准直镜、反射镜、带通滤光片1、分束镜、干涉滤光片、汇聚镜、探测器1、带通滤光片2、耦合镜和双光栅光谱仪系统；

望远镜收集的大气后向散射信号穿过光阑后由准直镜变为平行光，经反射镜导向水平方向后照射带通滤光片1；

透过带通滤光片1的光被分束镜分为两路：分束镜反射的10％信号光首先照射中心波长386.8nm、带宽0.3nm的干涉滤光片，经汇聚镜后由探测器1记录作为参考信号；分束镜透射的90％信号首先照射带通滤光片2，随后由耦合镜馈入双光栅光谱仪系统；

带通滤光片1对354.8nm附近光产生优于6个量级的抑制，并以高于94％的透过率传输387.0-447.0nm范围光；带通滤光片2对354.8nm、375.5nm和386.7nm附近光产生优于3个量级的抑制，并以高于80％的透过率传输393.0-424.0nm范围光。

3.如权利要求2所述的一种测量大气水Raman谱和气溶胶荧光谱的激光雷达系统，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，经两级放大后再由三倍频晶体产生极窄线宽的354.8nm紫外激光输出；紫外激光在水平方向上传播，通过5倍扩束镜扩束后照射发射台；发射台可电动精密控制，以高于99.5％的反射率将来射紫外激光导向天顶方向。

4.如权利要求3所述的一种测量大气水Raman谱和气溶胶荧光谱的激光雷达系统，其特征在于：所述控制单元包括计算机；计算机通过时序电路控制系统发射单元、光学接收与信号检测单元有序工作；其采用一个RS232串口与探测器1传输数据，采用一根网线与探测器2传输数据，传输的数据在计算机上自动存储。

5.如权利要求4所述的一种测量大气水Raman谱和气溶胶荧光谱的激光雷达系统，其特征在于：所述双光栅光谱仪系统包括光纤、透镜1和光栅1、透镜2和光栅2、探测器2；

光纤提供方便灵活的接入方式，将来自耦合镜的信号光传导并馈入后续的光栅色散系统；光纤芯径0.6mm、数值孔径0.12，出端口中心精准位于透镜1的焦点上；透镜1和光栅1、透镜2和光栅2分别准Littrow结构布局，构成两组级联的光栅色散系统；两个光栅色散系统的焦面在同一铅直面内，光轴在同一水平面内相互平行且间距53.69mm；双光栅色散系统对354.8nm附近光产生优于6个量级的抑制，同时高效传输并以1.0mm nm^-1的线色散率在空间上色散393.0-424.0nm范围光；探测器2以0.8nm的谱精度记录色散后的393.0-424.0nm范围信号光。

6.如权利要求5所述的一种测量大气水Raman谱和气溶胶荧光谱的激光雷达系统，其特征在于：所述探测器2共包括32个探测通道，单个探测通道光敏面物理尺寸为0.8mm×7.0mm，相邻探测通道之间有0.2mm的死区间隔，通道间距1.0mm；探测器2光敏面准确定位在透镜2焦面上，每个探测通道光敏面长7.0mm边都平行于铅直方向。

7.如权利要求6所述的一种测量大气水Raman谱和气溶胶荧光谱的激光雷达系统，其特征在于：

所述透镜1直径100mm，焦距300mm，双面镀增透膜，对393.0-424.0nm范围光透过率大于99％；光栅1为平面反射式闪耀光栅，刻线密度600gr mm^-1，闪耀波长410nm，闪耀角度6.89°，工作角度9.27°，衍射级次为一级；

所述透镜2直径100mm，焦距400mm，双面镀增透膜，对393.0-424.0nm范围光透过率大于99％；光栅2为平面反射式闪耀光栅，刻线密度600gr mm^-1，闪耀波长410nm，闪耀角度21.10°，工作角度21.72°，衍射级次为三级。