[发明专利]一种水汽差分吸收激光雷达的差分截面实时标定装置

说明书

一种水汽差分吸收激光雷达的差分截面实时标定装置，包括激光器，第一能量分束器将激光器交替产生的两个波长的窄线宽激光一分为二；接收光学系统将经过第一能量分束器分束后的一部分信号进行放大发射；第二能量分束器将经过第一能量分束器分束后的另一部分信号再次一分为二；第一探测器用于接收经过第二能量分束器的分束后的一部分信号，并将该信号发送至信号处理板；长光程吸收池内设有用以检测经第二能量分束器的分束后的另一部分信号的第二探测器以及测量实际水汽质量浓度的水汽测量系统；信号处理板对来自两个光电探测器的信号进行处理分析；本发明的标定装置大大提高了差分水汽吸收激光雷达的探测精度。

技术领域

本发明涉及气象激光雷达技术领域，具体涉及一种水汽差分吸收激光雷达的差分截面实时标定装置。

背景技术

差分吸收激光雷达是一种利用气体的吸收谱线来完成气体含量路径分布的激光探测设备。其原理是分别发射两种波长非常接近的激光束，其中一个波长在吸收谱线内，称为on-line，另一个波长在吸收谱线外，称为off-line。由于发射能量一致，波长几乎一致，两者的回波比值就可以直接反应出路径吸收的分布情况。由于回波能量来自于气溶胶米散射，信噪比很高，因而相比于拉曼散射激光雷达就不需要很高的发射功率，有望在经济性和体积重量方面都有很大的提升。

然而目前的水汽差分吸收激光雷达在实际使用时其精度往往难以保证，是因为能量衰减取决于差分吸收截面(Δσ＝σon-σoff)和水汽质量浓度的乘积，但差分吸收截面却并不恒定，由于发射波长存在误差和漂移，从而导致了差分吸收截面的变化；而从衰减量计算水汽质量时却认为雷达工作时的差分截面是恒定的，这就必然导致了精度难以保证。

为了保持测量精度，技术人员所作的工作都是在围绕如何稳定频率方面展开，也设计了多种主动稳定频率的手段，例如兰姆凹陷稳频、共焦球面腔扫描干涉稳频等等。然而即使得到了一个稳定的波长也并不能保证实际工作的精度，因为除了波长影响外还有一些其它的影响因素，例如：波长稳定不代表获得了精确的波长读数，光谱线型理论也并不能保证在亚百分比的精度上重建实际光谱，激光器本身的谱线纯净度会影响能量吸收效率，大气温度、压力会影响线型的实际形状，这些因素最终都导致了实际工作时所使用的差分吸收截面的误差。

发明内容

为了解决目前水汽差分吸收激光雷达工作时无法精确获得实际差分吸收截面数值的困难，本发明基于对水汽质量浓度的实时测量技术和长光程吸收池，提供了一种可获得实时的差分吸收截面数据的水汽差分吸收激光雷达的差分截面实时标定装置。

本发明的目的是通过以下的技术方案来实现的：一种水汽差分吸收激光雷达的差分截面实时标定装置，包括激光器1、第一能量分束器2、第二能量分束器4、发射与接收光学系统3、第一探测器5、第二探测器8、长光程吸收池7、信号处理板9；

第一能量分束器2将激光器1交替产生的两个波长的窄线宽激光一分为二；

发射与接收光学系统3将经过第一能量分束器2分束后的一部分信号进行放大发射；

第二能量分束器4将经过第一能量分束器2分束后的另一部分信号再次一分为二，经第二能量分束器4分束后的一部分信号传递至长光程吸收池7、另一部分信号传递至第一探测器5，第一探测器5用于接收经第二能量分束器4分束后的信号并检测该部分信号的能量，同时该信号发送至信号处理板9；

第二探测器8用于检测经长光程吸收池7吸收后的信号的能量，同时将检测后的信号发送至信号处理板9；

信号处理板9对来自第二探测器8信号和来自第一探测器5的信号进行处理分析。

优选的，长光程吸收池7内设有用于测量气体环境水汽质量浓度的水汽测量系统6。

本发明具有如下优点：