[发明专利]一种隔离回光的臭氧激光雷达发射系统及激光发射方法

说明书

本发明涉及大气臭氧探测领域，尤其是一种隔离回光的臭氧激光雷达发射系统及激光发射方法。该隔离回光的臭氧激光雷达发射系统包括激光发射器，所述激光发射器用于发射原始波长的激光束；波长转换器，所述波长转换器用于将所述原始波长的激光束转化为目标波长的激光束；隔离器，所述隔离器设置于所述激光发射器与所述波长转换器之间，所述隔离器用于隔离射向所述激光发射器的回光。本发明所提出的隔离回光的臭氧激光雷达发射系统通过在激光发射器和波长转换器之间设置隔离器，实现了对回光的隔离，避免了回光对激光发射器的损伤，此外本发明所提出的雷达发射系统构成简单，可以有效减小光路的长度。

技术领域

本发明涉及大气臭氧探测领域，尤其是一种隔离回光的臭氧激光雷达发射系统及激光发射方法。

背景技术

虽然臭氧在平流层起到了保护人类与环境的重要作用，但若其在对流层浓度增加，则会对人类、动植物生长和生态环境带来严重危害，同时在对流层光化学、大气环境质量和生态环境方面起着重要作用。差分吸收激光雷达技术因其空分辨率高、快速实时、动态范围大等优势成为探测大气臭氧分布的一种有效的手段。

目前通常使用高能量的紫外固体激光器发射激光光源，通过聚焦透镜聚焦后泵浦气体(如氢气、氘气、CO₂)拉曼管，以产生相应的不同波长的拉曼激光。拉曼激光和激光光源经过准直和扩束后发射至大气中，经过大气的衰减，被大气中的粒子散射和吸收，利用臭氧对不同波长的拉曼激光吸收程度不同，形成了差分吸收；经过大气粒子以及臭氧的散射和吸收，后向散射的激光在返回的路程中再次被大气消光，然后由接收光学系统接收，经过光电探测器光电转换，最后对回波信号采集，使用差分吸收算法可获得臭氧浓度空间分布信息。

基于固体激光器作为拉曼泵浦源的臭氧雷达发射系统，由于激光器波长较短(紫外波长，266nm)，能量较高，容易对镜片造成损伤。尤其是为了提高激光光源泵浦气体拉曼管时的效率，通常需要使用聚焦透镜对激光光源进行聚焦，在光路中容易出现聚焦的回光，而且聚焦透镜焦距选用不当，或是其位置摆放不当时，回光就非常容易对激光器造成损坏。有些为了避免回光焦点对激光器的影响，增加了光路长度，造成光路结构较大，使得设备整体都会比较大。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明提供一种隔离回光的臭氧激光雷达发射系统，旨在克服现有技术中所存在的问题。

为了实现上述目的，第一方面，本发明提供了一种隔离回光的臭氧激光雷达发射系统，该系统包括：激光发射器，所述激光发射器用于发射原始波长的激光束；波长转换器，所述波长转换器用于将所述原始波长的激光束转化为目标波长的激光束；隔离器，所述隔离器设置于所述激光发射器与所述波长转换器之间，所述隔离器用于隔离射向所述激光发射器的回光。本发明所提出的隔离回光的臭氧激光雷达发射系统通过在激光发射器和波长转换器之间设置隔离器，实现了对回光的隔离，避免了回光对激光发射器的损伤，此外本发明所提出的雷达发射系统构成简单，可以有效减小光路的长度。

可选地，所述隔离器包括：偏振分束片，所述偏振分束片设置于所述激光发射器的出光侧，所述偏振分束片的偏振方向与所述原始波长的激光束的偏振方向相同；四分之一波片，所述四分之一波片设置于所述偏振分束片远离所述激光发射器的一侧，所述四分之一波片用于改变所述回光的偏振方向，使所述回光的偏振方向与所述偏振分束片的偏振方向不同。本发明通过改变回光的偏振方向使之与偏振分束片的偏振方向不同，可以实现对回光的有效隔离，并且隔离器仅由偏振分束片和四分之一波片构成，其结构简单、易于实现。

可选地，所述隔离回光的臭氧激光雷达发射系统还包括：第一光阑，所述第一光阑设置于所述激光发射器和所述偏振分束片之间。本发明通过在激光发射器的出光侧设置光阑其目的在于实现合理地限制激光束。