[发明专利]基于超连续谱光源的主动探测激光外差光谱仪大气成分探测装置

权利要求书

1.一种基于超连续谱光源的主动探测激光外差光谱仪测大气成分装置，其特征在于：包括超连续谱光源(1)、准直模块一(2)、光学发射望远镜(3)、光学接收望远镜(4)、准直模块二(5)、光纤开关(6)、分束器(7)、耦合器(8)、光电探测器一(9)、偏置器Bias Tee(10)、射频处理模块(11)、锁相放大器(12)、数据采集与处理模块(13)、可调谐激光器(14)、激光控制模块(15)和光电探测器二(16)；

所述的超连续谱光源(1)输出的光经所述的准直模块一(2)从所述的光学发射望远镜(3)发射进入大气中遇到云或气溶胶产生散射光，所述的光学接收望远镜(4)接收云或气溶胶的散射光；

所述的光学接收望远镜(4)接收的散射光经所述的准直模块二(5)耦合进光纤，通过所述的光纤开关(6)调制后，由所述的分束器(7)将所述的散射光分为两路：一路经所述的光电探测器二(16)与所述的数据采集与处理模块(13)输入端相连；另外一路与所述的耦合器(8)的输入端相连，另外一路的散射光与所述的可调谐激光器(14)发射的激光共同耦合进所述的耦合器(8)进行拍频相干，向所述的光电探测器一(9)输出拍频信号；

所述的激光控制模块(15)的输出端分别与所述的可调谐激光器(14)和所述的数据采集与处理模块(13)的控制端相连，对所述的可调谐激光器(14)进行温度或电流的调节实现频率的调谐并控制扫频，同时输出一路给所述的数据采集与分析模块(13)进行控制采集；

所述的光电探测器一(9)对所述的耦合器(8)的拍频信号进行探测，经所述的偏置器(10)分离直流信号和差频信号，所述的差频电信号经所述的射频处理模块(11)进行处理，产生的低频电压信号用所述的锁相放大器(12)进行解调后的解调信号进入所述的数据采集与处理模块(13)，采集信号并分析，以获取大气成分的信息，所述的直流信号输入所述的数据采集与处理模块(13)与所述的解调信号进行同步采集，所述的光纤开关(6)的调制频率与所述的锁相放大器(12)的解调频率相同，相位固定。

2.根据权利要求1所述的基于超连续谱光源的主动探测激光外差光谱仪探测大气成分的装置，其特征在于，所述的射频处理模块(11)包括依次电连接的射频放大模块(11-1)、带通滤波器(11-2)和平方律探测器(11-3)，所述射频放大模块(11-1)将所述的偏置器(10)分离的射频信号进行放大后经过所述的带通滤波器(11-2)减小射频噪声并控制光谱分辨率，滤波后的射频信号经所述的平方律探测器(11-3)转化为以调制频率为特征频率的低频电压信号。

3.根据权利要求1所述的基于超连续谱光源的主动探测激光外差光谱仪探测大气成分装置，其特征在于，所述的可调谐激光器(14)需要在室温下波长连续可调，且线宽窄至MHz量级，根据实际需要测量的大气成分分为一个或多个可调谐激光器，分成一路或多路同时探测。

4.根据权利要求1所述的基于超连续谱光源的主动探测激光外差光谱仪探测大气成分装置，其特征在于所述的光纤开关(6)为开关，或是能够进行低频通光开关调制的器件。

5.根据权利要求1所述的基于超连续谱光源的主动探测激光外差光谱仪探测大气成分装置，其特征在于，所述的发射望远镜(3)和接收望远镜(4)同轴或者平行轴。

6.根据权利要求1-5任一项所述的基于超连续谱光源的主动探测激光外差光谱仪探测大气成分装置，其特征在于，通过将包含大气成分吸收信息的信号光与本振激光器进行拍频，实现光频到射频的频率下转换，本振激光器进行扫频，从而得到包含大气成分吸收的光谱信号，继而反演出大气成分的浓度。