[发明专利]大气激光雷达的探测方法及装置

权利要求书

1.一种大气激光雷达的探测方法，其特征在于，采用种子注入式脉冲激光器的种子光束经倍频后通过塞曼效应产生频率对称的双边频光束，双边频光束与大气激光雷达探测到的后向180^o散射信号在探测器中混频进行外差探测，获得对应频率处散射信号的频谱点，根据塞曼效应谱线裂距与磁场强度间的线性关系，调节塞曼效应发生装置中磁场的大小，改变双边频光束的频率间隔并再次与对应频率处的散射信号混频进行外差探测，实现整个频谱的对称式扫描，最终获得散射信号的整个光谱线型，进而得到大气特性参数。

2.根据权利要求1所述的大气激光雷达的探测方法，其特征在于，所述塞曼效应所产生的谱线裂距与磁场强度H间的线性关系，表达式为：

；

式中：e为电子电荷，m为电子质量，c为真空光速；通过改变磁场变化步长调节谱线裂距变化的大小，提高探测光谱的分辨率；同时塞曼效应产生相对于初始入射到塞曼效应发生装置中激光频率对称分布的双边频谱线，当磁场改变时实现对信号光谱的对称式同步鉴频扫描。

3.一种如权利要求1所述的大气激光雷达的探测方法，其特征在于，适用于测风激光雷达、测温激光雷达或测量气溶胶激光雷达的探测。

4.一种应用于权利要求1所述的大气激光雷达探测方法的装置，包括种子注入式脉冲激光器，其特征在于，所述种子注入式脉冲激光器（35）与高精度延时装置（30）相连，其输出的脉冲光束依次经激光扩束装置（36）、全反射平面镜（37）进入大气激发产生散射信号；所述种子注入式脉冲激光器（35）的种子光束被第二平面分光镜（34）分光，其透射光束经光束变换装置（31）进入塞曼效应发生装置（26）；所述第二平面分光镜（34）的反射光束进入波长计（33），波长计（33）与第一数据采集卡（32）相连；种子注入式脉冲激光器（35），用于产生激发散射信号的脉冲光束和产生塞曼效应的种子光束；塞曼效应发生装置（26），用于产生作为参考光束的两道分裂光束；

所述塞曼效应发生装置（26）通过偏振分光/控制装置（27）分别出射两道光束，其中一道光束依次经过全反射平面镜（29）与光合束镜（23）反射，再透过依次设置的凸透镜（22）、小孔光阑（21）、凸透镜（20）和凸透镜（19）聚焦到第二探测器（18）；所述塞曼效应发生装置（26）出射的另一道光束依次经过全反射平面镜（28）与光合束镜（7）反射，透过依次设置的凸透镜（8）、小孔光阑（9）、凸透镜（10）和凸透镜（11）聚焦到第一探测器（12）；所述偏振分光/控制装置（27），用于对所述塞曼效应发生装置（26）出射光束偏振的控制，使经所述偏振分光/控制装置（27）后的光束偏振态与所述散射信号偏振态一致；

所述塞曼效应发生装置（26）经电流控制装置（25）与计算机（15）相连；所述散射信号依次经过望远镜系统（1）、小孔光阑（2）和凸透镜（3），再经过全反射平面镜（4）反射透过窄带滤光片（5）被第一平面分光镜（24）分成透射光束和反射光束，该透射光束依次经光合束镜（23）、凸透镜（22）、小孔光阑（21）、凸透镜（20）和凸透镜（19）聚焦到第二探测器（18）；该反射光束经全反射平面镜（6）反射后再依次透过光合束镜（7）、凸透镜（8）、小孔光阑（9）、凸透镜（10）、凸透镜（11）聚焦到第一探测器（12）；

所述第二探测器（18）经第一带通滤波器（17）和第二数据采集卡（16）与计算机（15）连接；所述第一探测器（12）经第二带通滤波器（13）和第三数据采集卡（14）与计算机（15）连接；所述第一数据采集卡（32）、第二数据采集卡（16）和第三数据采集卡（14）的数据采集时间均由高精度延时装置（30）控制。