[发明专利]测量大气二氧化碳和水汽浓度的多波长激光雷达系统

权利要求书

1.一种测量大气二氧化碳和水汽浓度的多波长激光雷达系统，其特征在于：包括多波长激光发射模块(A)和IPDA激光雷达接收模块(B)：

所述的多波长激光发射模块(A)包括多波长种子激光器(1)、参考种子激光器(2)、电光相位调制器(3)、二氧化碳气体吸收池(4)、吸收线中心锁定单元(5)、工作波长锁定单元(6)、稳频系统(7)、光开关(8)、多波长脉冲激光器(9)、热控单元(10)、第一分光镜(11)和第二分光镜(17)；

所述的IPDA激光雷达接收模块(B)包括第一窄带滤波器(12)、积分球(13)、第一准直镜(14)、衰减片(15)、反射镜(16)、视轴监视单元(18)、接收望远镜(19)、第三分光镜(20)、中继光学单元(21)、合束镜(22)、第二窄带滤波器(23)、第二准直镜(24)、1572nm光电探测器(25)、数据采集与处理单元(26)和计算机(27)；

所述的多波长种子激光器(1)和所述的参考种子激光器(2)产生连续、单频和窄线宽激光，所述的参考种子激光器(2)输出的参考波长为二氧化碳R18吸收线的中心波长，经过所述的电光相位调制器(3)进行相位调制，调制后的激光经过所述的二氧化碳气体吸收池(4)吸收后的输出由所述的吸收线中心锁定单元(5)反馈给所述的参考种子激光器(2)进行波长锁定；所述的参考种子激光器(2)输出的参考波长激光的一部分通过所述的工作波长锁定单元(6)用于补偿锁定所述的多波长种子激光器(1)的工作激光波长，所述的光开关(8)进行不同波长的切换；所述的稳频系统(7)通过外差拍频信号控制所述的脉冲激光器(9)的输出波长，使输出激光的频率与多波长种子激光(1)的频率相匹配；所述的热控单元(10)用于保持所述的多波长脉冲激光器(9)工作在设定温度；所述的多波长脉冲激光器(9)出射的激光由第一分光镜(11)分成透射光和反射光，所述的透射光一路进入IPDA激光雷达接收模块(B)中形成能量监测信号，所述的反射光由第二分光镜(17)继续分成反射光和透射光两路：所述的反射光进入IPDA激光雷达接收模块(B)中的视轴监视单元(18)，所述的透射光构成探测光射入待测大气中；

沿所述的能量监测信号方向依次是所述的第一窄带滤波器(12)、积分球(13)、第一准直镜(14)、衰减片(15)、反射镜(16)和合束镜(22)；该路信号作为大气回波信号归一化的参考信号，经所述的合束镜(22)后进入后续探测接收部分；

所述的探测光射入待测大气，经过大气吸收后返回的激光由所述的望远镜(19)接收形成回波信号，该回波信号由第三分光镜(20)分成两路：一路射入所述的视轴监视单元(18)，另一路经过所述的中继光学单元(21)和合束镜(22)后进入后续探测接收部分，所述的后续探测接收部分包括：沿所述的参考信号和回波信号方向依次是所述的第二窄带滤波器(23)、第二准直镜(24)和1572nm光电探测器(25)，所述的1572nm光电探测器(25)的输出进入并由所述的数据采集与处理单元(26)进行数据采集和数据处理，所述的数据采集与处理单元(26)由所述的计算机(27)进行控制。

2.根据权利要求1所述的测量大气二氧化碳和水汽浓度的多波长激光雷达系统，其特征在于：所述的第一窄带滤波器(12)用于消除背景光对积分球(13)的影响，所述的积分球(13)可减小指向抖动对监测误差的影响。