[发明专利]一种臭氧激光雷达波长选择方法

说明书

本发明公开了一种臭氧激光雷达波长选择方法，雷达发射光包括至少两个波长，其中至少一个波长位于臭氧吸收强的位置，至少一个波长位于臭氧吸收弱的位置，形成吸收波长对,强弱波长的臭氧吸收截面差大于5×10^‑20cm²；相邻波长间的差值小于45nm，波长能量大于5mJ，脉宽小于15ns。本发明提供了一种尽可能减少臭氧探测浓度误差的臭氧激光雷达波长选择方法。

技术领域

本发明涉及激光雷达技术领域，具体涉及一种臭氧激光雷达波长选择方法和设备。

背景技术

近年来，随着各种颗粒物污染防治措施的实施，PM2.5、PM10等浓度呈现逐年下降的趋势，大气变得越来越干净。然而伴随着太阳紫外线穿透力的增强，另外一种看不见的臭氧污染逐渐变成了夏季的主要污染，相比于颗粒物污染来说，臭氧的污染防治具有看不见、成因复杂、难预防的特征，成为中国乃至世界的防治难点。

目前地面臭氧的监测主要依靠臭氧分析仪等监测方法，该方法能够对于地面的大气臭氧浓度、变化趋势等进行统计分析，对于近地面区域范围内的臭氧浓度探测来说，传统的探测方法包括携带臭氧传感器的探空气球、系留飞艇等探测方法，这些方法具有探测时间长、人工成本高、场地范围大、无法连续长时间昨夜等特点。大气臭氧探测激光雷达是近年来发展出的一种新的探测臭氧廓线的技术手段，它利用差分探测原理利用臭氧对于不同波长的吸收程度不同来反演臭氧浓度，具有时效性高、可连续无人值守探测等特点，越来越受到环境监测部门的重视。

目前臭氧探测没有较为统一的波长选择及产生方法，在实际的探测效果中，如果探测臭氧的激光波长选择不当，在探测大气中的臭氧浓度时，探测高度很低(<2km),且误差会很大(均方根误差大于50％以上)，除此之外，若拉曼介质气体选择不当，会导致拉曼管的压力过高(>50bar)，产生一定危险性。

发明内容

因此，本发明要解决的技术问题在于克服现有技术中由于臭氧探测波长或拉曼介质选择不当造成的极大误差的问题，从而提供一种尽量避免或减少臭氧探测浓度误差的臭氧激光雷达波长选择方法。

一种臭氧激光雷达波长选择方法，

发射光包括至少两个波长，其中至少一个波长位于臭氧吸收强的位置，至少一个波长位于臭氧吸收弱的位置，形成吸收波长对,强弱波长的臭氧吸收截面差大于5×10^-20cm²；相邻波长间的差值小于45nm；

可选地，大气后向散射引起的误差与成正比，其中Δλ为两个波长的差值，λ_off为弱吸收波长，Δσ为强弱两个波长的吸收截面差；建议值小于1×10¹⁷cm^-2。

可选地，所述差分波长能量大于5mJ，脉宽小于15ns。

可选地，所述发射光由多个激光器或激光器与拉曼管的组合提供。

可选地，将标准大气下臭氧在210nm～1010nm范围的吸收截面图根据臭氧吸收截面大小分为若干部分，选择吸收截面变化波动性小，同时存在臭氧吸收截面从低到高或从高到低的变化区域。

可选地，所选波长在230nm～350nm的范围内进行选择。

可选地，其中一个为固体激光器提供的266nm波长，另一个配对波长为通过拉曼管内不同的拉曼介质下产生的拉曼波长。

可选地，所述拉曼介质为氘气和/或氢气，或氘气与惰性气体或氢气与惰性气体的组合。

可选地，当入射窗的焦距为50cm，采用纯氘气时，氘气气压为5～10个大气压。

可选地，当焦距为50cm，总气压为6～20大气压时，氢气与氘气的分压比为1:1～1:3。

本发明技术方案，具有如下优点：