[发明专利]一种基于色散选通的大气成分探测激光雷达

说明书

本申请提供了一种基于色散选通的大气成分探测激光雷达，该大气成分探测激光雷达通过色散将飞秒激光在时域上拉伸成宽脉冲的激光，飞秒光谱由于群速度色散映射到展宽的激光脉冲中，经强度调制器时域选通后，完成对预设波长激光的选取，而通过调节强度调制器电驱动信号的延时实现激光波长的扫描。通过激光波长扫描获得特定大气成分的吸收光谱，从而测量获得大气气体成分的浓度。该大气成分探测激光雷达可精确对出射激光的波长任意选通，其选择波长的精度高，并且通过调节滤波器中心波长，可实现多种气体的扫描探测。

技术领域

本发明涉及激光雷达技术领域，更具体地说，涉及一种基于色散选通的大气成分探测激光雷达。

背景技术

大气成分的探测在气候学、气象学研究、生化武器的释放、森林火灾的预防以及大气污染的防治等方面具有重要的作用。

目前的探测手段中，单点的探测技术手段包括：差分光学吸收光谱仪(Differential Optical Absorption Spectroscopy，简称DOAS)、非分光气体分析仪(Non-Dispersive Infrared，简称NDIR)、光腔衰荡光谱技术(Cavity Ring-down Spectroscopy，简称CRDS)、非相干宽带腔增强吸收光谱仪(Incoherent Broadband Cavity-EnhancedAbsorption Spectroscopy，简称IBBCEAS)、激光诱导荧光技术(Laser-inducedFluorescence，简称LIF)、紫外-可见分光光度法(Ultraviolet–visible spectroscopy，简称UV-Vis)、可调谐半导体激光吸收光谱(Tunable Diode Laser AbsorptionSpectroscopy，简称TDLAS)等等技术，虽然可实现多类气体成分的高精度探测，但是，无法获得气体浓度的空间分布，激光雷达是获得气体浓度高时空分布的有效技术手段。

根据探测机制的不同，气体探测激光雷达可分为差分吸收激光雷达、拉曼激光雷达和高光谱分辨率激光雷达等。

目前，最常用的差分吸收激光雷达，其通常采用两个波长的激光，其中一个波长的激光在待测气体上的吸收截面强，另外一个波长的激光在待测气体上的吸收截面弱，通过探测这两路激光回波信号的比值，可确定不同距离处待测气体的成分。

目前，差分吸收激光雷达已实现H₂O、CO₂、CO、HCI、NH₃、NO₂、SO₂和O₃等气体成分的探测，但是，差分吸收激光雷达的缺点在于仅可实现单种气体的成分探测。

基于高光谱分辨的波长扫描激光雷达，通过扫描光谱，可获得不同气体的成分信息，但是，其缺点在于，通过PZT或者马达进行的波长调谐导致出射激光波长需要实时校准和锁定，其系统结构复杂。

发明内容

有鉴于此，为解决上述问题，本发明提供一种基于色散选通的大气成分探测激光雷达，技术方案如下：

一种基于色散选通的大气成分探测激光雷达，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；