[发明专利]有效提取大气镍共振荧光信号的激光雷达系统

说明书

本发明公开了一种有效提取大气镍共振荧光信号的激光雷达系统，利用Fabry‑Perot干涉仪的周期结构，同时提取多支镍的共振荧光信号，由于Fabry‑Perot干涉仪的带宽窄和占空比低的特点，可有效隔离大气背景噪声；同时，Fabry‑Perot干涉仪周期结构引入的大气背景噪声通过带通滤波器和陷波滤波器进一步隔离。该激光雷达系统通过Fabry‑Perot干涉仪、带通滤波器和陷波滤波器的协同工作，可高透过率的提取多支镍共振荧光信号，同时有效抑制大气背景噪声，从而实现镍激光雷达的昼夜连续观测。

技术领域

本发明涉及激光雷达领域，尤其涉及一种有效提取大气镍共振荧光信号的激光雷达系统。

背景技术

大气中间层位于80km至110km之间。中间层的大气参数探测对于研究大气潮汐波、重力波、行星尺度波以及波与波之间的相互作用具有重要作用。中间层对底部传输来的大气波动、动量注入，以及对太阳辐射、高能粒子的沉降和空间天气事件的短周期扰动敏感。大气中间层的重力波控制着由高能粒子产生的NO_x和HO_x的向下输运过程，而这些粒子将会增大平流层臭氧的损耗从而影响地面的气候。激光雷达由于其高精度、高时空分辨率等特点，是研究中高层大气的重要手段。由于流星烧蚀，中间层富含各种金属原子或者金属离子，如Na、K、Li、Mg、Ca和Fe等原子或离子。激光雷达通过探测这些金属原子或离子，可以获取中间层的大气参数信息。例如，通过Na共振荧光激光雷达可探测中间层的风速和温度信息。

目前，基于镍的大气激光雷达尚处于研发阶段。该类型激光雷达通过发射337.054纳米的激光，从而激发镍的共振荧光，其中339.396纳米的信号占总信号的41％，337.054纳米的信号占31％，347.35纳米的信号占20％。提取镍的共振荧光信号时，有两个因素需要考虑，即滤波器对信号的透过率和滤波器对背景噪声的抑制能力。当采用窄带滤波器时，滤波器可有效抑制大气背景噪声，但窄带滤波器的透过率低，并且仅可提取单支共振荧光信号，利用率低。当采用带通滤波器时，滤波器的透过率高，可同时提取几支共振荧光信号，但将引入大的大气背景噪声。

发明内容

本发明的目的是提供一种有效提取大气镍共振荧光信号的激光雷达系统，激光雷达系统可实现大气镍回波信号的好效率提取，同时有效抑制大气背景噪声，从而实现激光雷达的昼夜连续观测。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种有效提取大气镍共振荧光信号的激光雷达系统，包括：种子激光器(1)、激光放大器(2)、激光扩束装置(3)、望远镜(4)、第一耦合透镜(5)，带通滤波器(6)、Fabry-Perot干涉仪(7)、温控装置(8)、陷波滤器(9)、第二耦合透镜(10)、探测器(11)、采集卡(12)以及数据处理和显示系统(13)；其中：

种子激光器(1)的输出端与激光放大器(2)的输入端连接，激光放大器(2)的输出端与激光扩束装置(3)的输入端连接；激光通过激光扩束装置(3)发射到大气中，大气的回波信号通过望远镜(4)接收；

大气回波信号先经第一耦合透镜(5)转成平行光，平行光依次经带通滤波器(6)、Fabry-Perot干涉仪(7)和陷波滤器(9)，来提取镍回波信号并滤除大气背景噪声，Fabry-Perot干涉仪(7)内的温度通过温控装置(8)控制，镍回波信号经陷波滤器(9)后通过第二耦合透镜(10)经信号耦合到探测器(11)，探测器(11)的输出端与采集卡(12)的输入端连接，采集卡(12)的输出端与数据处理和显示系统(13)的输入端连接。