[发明专利]海洋剖面双波长偏振光学参数观测仪

说明书

一种机载海洋剖面双波长偏振光学参数观测系统，基本原理是利用一个固体激光器同时产生518.4nm和486.1nm两种波段的脉冲线偏振激光分别对近岸水体和大洋水体实现偏振观测以及对于同一种水体的互补观测。本发明的特点是利用同一固体激光器同时产生518.4nm和486.1nm两种脉冲光。486.1nm和518.4nm激光均与夫琅和费暗线匹配，可有效减少环境光噪声，提高白天观测时的信噪比。同时518.4nm激光接近近岸水最佳穿透波长，而486.1nm激光接近大洋水水体最佳穿透波长，因而本系统可兼顾近岸水体和大洋水体，实现海表波浪、海水双波长剖面偏振光学衰减系数、海底双波长偏振反射率参数的观测。

技术领域

本发明涉及海洋剖面参数观测仪系统，特别是一种海洋剖面双波长偏振光学参数观测仪系统，该观测仪具备518.4nm和486.1nm两种波段的激光，两种波段激光光谱宽度小于0.1nm，均在夫琅和费暗线光谱范围内，环境光噪声较小，可以有效提高白天观测时的信噪比。该技术可以用于研究海洋的光学传输，海底地质分类，海面波浪谱等，为海洋物理、海洋生物和海洋环境等海洋科学研究提供基础数据。

背景技术

传统的投放式海洋剖面光学参数观测仪获取的数据少并且受到船速等的影响不能快速大面积获取海洋剖面光学参数；

传统的被动光学遥感观测方法在获取海洋水体的光学参数时，只能获得海洋表面和水体的积分结果，不能实现剖面分辨；

由于海洋水体的高动态变化性，不同区域水体含有不同的水体成分，同一区域在不同时间同样具有不同的水体成分，这些成分的不同导致水体的光学性质发生变化，因此，需要针对不同类型水体采用不同的探测波长，传统的单一波长激光雷达无法满足这种需求。

已有的主动光学遥感探测设备只采用一个532nm波长的激光，适合近岸水体观测；对于更加清洁的大洋水体，最佳透射波长在490nm附近，不能达到最佳的透过率和观测能力，限制了这种设备在海洋水体观测时的适应能力。

海洋观测时需要设备具有较大的接收视场角，传统的532nm波长激光在应用时由于太阳背景光强，因而环境光噪声较大，不利于白天对海洋的观测。

单个波长的观测，仅能获取水体成分的浓度剖面信息，而水体中不同粒径的悬浮粒子对不同波段的光谱响应不同，因而无法获取更加重要的水体悬浮粒子的粒径信息和分类信息。

发明内容

本发明提出一种具有两个海水穿透波长激光的海洋剖面光学参数观测技术，两个波长的激光由同一个激光器发出，并由同一个光学系统接收，接收光路和发射光路实现了收发同轴。两个波长的激光中，一个波长的激光符合近岸水域的最佳透过波长，另一个波长的激光符合清洁大洋水域的最佳透过波长，该仪器一方面提升了仪器对不同水质参数的海域观测的适应能力，另一方面，能够同时获得两个波长的剖面光学参数，通过两个波长的剖面光学参数可以反演出海水中颗粒物的粒径和分类信息，为近海无机物和有机物分类、以及大洋浮游植物种群分类提供必要的信息。该技术能够克服不同水质对激光入射时的影响，形成互补，达到最佳穿透探测能力。

本发明所涉及的两个波长的激光均匹配太阳夫琅和费暗线，具有较低的背景光噪声，可以提高系统在白天工作时的观测信噪比。

本发明的工作原理：

线偏振激光在海洋水体中传输时，由于水体中的悬浮颗粒物、浮游生物以及水底底质等的散射和吸收等影响，会使入射光发生退偏，其退偏程度与入射光的波长、悬浮粒子的粒径以及悬浮粒子的种类等都有影响，利用一束线偏振度极高的线偏振光入射至水体，通过回波光的退偏程度可反演出入射水体悬浮粒子的粒径和分类以及水底底质的分类等信息。