[发明专利]一种基于色散选通的大气成分探测激光雷达

权利要求书

1.一种基于色散选通的大气成分探测激光雷达，其特征在于，所述大气成分探测激光雷达包括：飞秒激光器、色散选通装置、激光脉冲放大装置、激光收发装置、大气背景噪声滤波模块、探测装置、信号采集装置和数据处理装置；

其中，所述飞秒激光器用于输出飞秒激光脉冲；

所述色散选通装置用于对所述飞秒激光脉冲进行时域色散，并在时域上对其光谱进行选通，以输出预设波长的第一目标激光脉冲；

所述激光脉冲放大装置用于对所述第一目标激光脉冲的功率进行放大处理，形成第二目标激光脉冲；

所述激光收发装置用于将所述第二目标激光脉冲的发散角进行压缩处理后出射至大气中，并接收大气回波信号；

所述大气背景噪声滤波装置用于对所述大气回波信号进行噪声处理；

所述探测装置用于探测所述大气回波信号，并输出相应的电信号；

所述信号采集装置用于采集所述电信号；

所述数据处理装置用于对所述电信号进行处理，以获得大气气体成分的浓度信息。

2.根据权利要求1所述的大气成分探测激光雷达，其特征在于，所述色散选通装置包括：第一光学滤波器、第一强度调制器、色散器件、前置激光放大器、第二光学滤波器和第二强度调制器；

其中，所述第一光学滤波器用于对所述飞秒激光脉冲进行滤波处理，以选择位于气体吸收谱内的飞秒激光；

所述第一强度调制器用于降低所述飞秒激光器输出的飞秒激光脉冲的重复频率，以提高所述大气成分探测激光雷达的有效探测距离；

所述色散器件用于对所述飞秒激光在时域上进行色散，以实现光谱至脉冲的映射；

所述前置激光放大器用于对色散后的宽脉冲激光进行放大处理，以补偿所述滤波器和所述色散器件所导致的损耗；

所述第二光学滤波器用于对所述宽脉冲激光的光谱进行整形；

所述第二强度调制器用于对整形后的宽脉冲激光在时域上选择预设波长的激光脉冲，即所述第一目标激光脉冲。

3.根据权利要求2所述的大气成分探测激光雷达，其特征在于，所述第二光学滤波器为可编程的光学滤波器。

4.根据权利要求2所述的大气成分探测激光雷达，其特征在于，所述大气成分探测激光雷达还包括：参数优化装置；

其中，所述参数优化装置用于优化所述第一强度调制器、所述色散器件和所述第二强度调制器的参数，以对选通的激光脉冲的中心波长和光谱宽度进行调控。

5.根据权利要求2所述的大气成分探测激光雷达，其特征在于，所述大气成分探测激光雷达还包括：调节装置；

其中，所述调节装置用于调节所述第二强度调制器的延时，实现激光器的扫描，以获得待测气体的吸收谱线，实现气体成分的浓度测量。

6.根据权利要求2所述的大气成分探测激光雷达，其特征在于，所述第一光学滤波器还用于对所述飞秒激光的光谱进行选通，以实现不同气体成分的探测。

7.根据权利要求1所述的大气成分探测激光雷达，其特征在于，所述飞秒激光器的波长为紫外波段至红外波段。

8.根据权利要求1所述的大气成分探测激光雷达，其特征在于，所述探测装置为单光子探测器。

9.根据权利要求1所述的大气成分探测激光雷达，其特征在于，所述激光收发装置包括：扩束器和光学望远镜；

其中，所述扩束器用于将所述第二目标激光脉冲的发散角进行压缩处理后出射至大气中；

所述光学望远镜用于接收大气回波信号。