[发明专利]基于频率下转换的大气测温激光雷达以及大气测温方法

权利要求书

1.一种基于频率下转换的大气测温激光雷达，其特征在于，所述大气测温激光雷达包括：

激光模块，所述激光模块用于产生短波长的激光脉冲；

激光发射模块，所述激光发射模块用于将所述激光脉冲发射到大气中；

激光接收模块，所述激光接收模块用于收集所述激光信号与大气相互作用后形成的后向散射信号；

频率下转换模块，所述频率下转换模块用于将所述后向散射信号进行频率下转换，形成待处理光信号；

光学接收机，所述光学接收机用于提取所述待处理光信号中的特征光信息；

探测处理模块，所述探测处理模块用于将所述特征光信号转换为电信号，通过对所述电信号进行采集并处理获取大气温度信息。

2.根据权利要求1所述的大气测温激光雷达，其特征在于，所述激光模块出射的激光脉冲的波长为近紫外到近红外波段。

3.根据权利要求1或2所述的大气测温激光雷达，其特征在于，所述激光模块包括：种子激光器、脉冲发生器以及激光放大器；所述种子激光器用于发射连续激光信号，所述脉冲发生器用于将所述连续激光信号斩成激光脉冲，所述放大器用于对入射激光脉冲进行放大处理，出射满足大气探测条件的激光脉冲；

或，所述激光模块为满足探测要求的脉冲激光器。

4.根据权利要求1所述的大气测温激光雷达，其特征在于，所述激光发射模块与所述激光接收模块为收发分离式结构；

或，所述激光发射模块与所述激光接收模块为收发同轴结构，二者共用一望远镜。

5.根据权利要求1所述的大气测温激光雷达，其特征在于，所述频率下转换模块包括：

泵浦激光器，所述泵浦激光器用于出射泵浦激光；

波分复用器，所述波分复用器用于将所述后向散射信号与所述泵浦激光耦合；

非线性波导，所述非线性波导用于将所述后向散射信号进行频率下转换；

滤波器，所述滤波器用于滤除干扰信号。

6.根据权利要求1所述的大气测温激光雷达，其特征在于，所述探测处理模块基于转动拉曼信号反演所述大气温度信息，

或，所述探测处理模块基于瑞利信号反演所述大气温度信息。

7.根据权利要求6所述的大气测温激光雷达，其特征在于，所述激光模块出射激光脉冲的频率固定，所述光学接收机为可扫描的滤波器；

所述探测处理模块通过瑞利散射谱反演所述大气温度信息。

8.根据权利要求1所述的大气测温激光雷达，其特征在于，所述探测处理模块包括：探测器、采集卡以及计算机；

其中，所述探测器用于将所述特征光信号转换为电信号，所述采集卡用于采集所述电信号，所述计算机用于基于所述电信号获取所述大气温度信息。

9.根据权利要求8所述的大气测温激光雷达，其特征在于，所述探测器为单光子探测器。

10.一种基于频率下转换的大气测温方法，用于如权利要求1-9任一项所述的大气测温激光雷达，其特征在于，所述大气测温方法包括：

向大气发射短波长的激光脉冲；

收集所述激光信号与大气相互作用后形成的后向散射信号；

将所述后向散射信号转换为光通信波段，形成待处理光信号；

提取所述待处理光信号中的特征光信息；

将所述特征光信号转换为电信号，基于所述电信号获取大气温度信息。