[发明专利]用于大气气溶胶探测的转动拉曼分光系统及分光方法

说明书

本发明公开了用于大气气溶胶探测的转动拉曼分光系统及分光方法，通过光纤、光纤法兰传导激光雷达中望远镜接收到的大气回波信号，经准直器后以准直光射出，前截止滤波器滤除950nm以下的光束，之后通过光栅、长焦距透镜和带孔反射镜将光束中米散射信号和转动拉曼散射信号分离，获得1064nm波段的米/瑞利散射信号和转动拉曼散射信号，实现在近红外1064nm波段气溶胶的独立精细探测，探测结果可以用于近红外波段气溶胶光学参数的高精度获取。

技术领域

本发明属于激光探测装置技术领域，涉及用于大气气溶胶探测的转动拉曼分光系统，还涉及上述转动拉曼分光系统的分光方法。

背景技术

气溶胶是研究地球环境、气候以及大气辐射传输特性的重要物质，其组成复杂，对大气中的许多物理变化过程都有比较重要的影响。由于环境污染的加剧，气溶胶的精细监测与分析变得日益重要。激光雷达是探测气溶胶大范围分布情况的有效手段，具有高时空分辨率，适于实时观测的优点。不同探测波长的激光雷达可以实现大气中不同大小气溶胶颗粒物的探测，目前常用的波长有355nm、532nm和1064nm。1064nm激光波长较长，属于近红外波段，相对于短波长光，近红外波段(1064nm)激光具有较强的云层和沙尘暴穿透性，近红外波段光源几乎在所有已发射的星载测气溶胶和云的激光雷达或者高度计上使用，但是在近红外波段的光学参量探测方面，由于缺乏独立获得的光学参量信息，近红外波段的数据反演存在很大的不确定性。

在紫外的355nm和可见光的532nm人们已经研发了高光谱探测激光雷达和拉曼散射激光雷达，并且获得了很多这两个波段的独立光学参量及雷达比信息。但是对于1064nm波段，由于分子信号的微弱性及瑞利散射信号的窄光谱特性，导致在该波段缺少气溶胶的独立探测手段和方法缺失，需要能实现该波段气溶胶独立探测的手段。

发明内容

本发明的目的是提供用于大气气溶胶探测的转动拉曼分光系统，利用该系统可以实现1064nm波段米散射信号和转动拉曼散射信号的分光，利用该分光系统可以实现米散射信号和转动拉曼散射信号的独立探测，解决了现有技术中存在的无法独立精细探测近红外波段光学参量的问题。

本发明所采用的技术方案是，用于大气气溶胶探测的转动拉曼分光系统，包括依次连接的回波光束接收系统、准直系统、分光系统及探测系统，分光系统包括光栅，光栅的衍射光路上设置有透镜，透镜的焦面上设置有反射镜，反射镜上开设有通孔；探测系统包括第一探测系统、第二探测系统，第一探测系统位于反射镜的透射光路上，第二探测系统位于反射镜的反射光路上。

本发明的特点还在于：

反射镜相对于入射光束的角度为45°，通孔位于透镜的焦点上。

回波光束接收系统包括光纤，光纤连接有光纤法兰。

准直系统包括准直器、滤波器，光纤的出射光端面位于准直器焦面上。

第一探测系统包括第一汇聚镜、第一光电探测器，第一汇聚镜位于反射镜的透射光路上。

第二探测系统包括第二汇聚镜、第二光电探测器，第二汇聚镜位于反射镜的反射光路上。

本发明的另一目的是提供用于大气气溶胶探测的转动拉曼分光方法，解决了现有技术中存在的无法独立精细探测近红外波段光学参量的问题。

本发明所采用另一的技术方案是，用于大气气溶胶探测的转动拉曼分光方法，采用上述用于大气气溶胶探测的转动拉曼分光系统，具体包括以下步骤：

步骤1、调整光纤法兰，使光纤的出射光端面位于准直器焦面上；

步骤2、光纤接收激光雷达的大气后向散射信号，经准直器后以准直光出射；

步骤3、准直光经过滤波器后，波长小于950nm的准直光被滤除；