[发明专利]单波长四拉曼激光雷达探测系统及探测方法

摘要

本发明公开了一种单波长四拉曼激光雷达探测系统及探测方法，该系统融合了纯转动拉曼散射测量大气温度、振动拉曼散射测量水汽和拉曼米散射测量大气气溶胶光学特性三种激光雷达技术和反演方法。激光雷达系统采用355nm单一波长脉冲激光作为探测光源，利用一台对测量波长具备高透过率的大口径光学接收望远镜收集大气后向散射光信号，后继光路通过分色片和干涉滤光片角度分色方法将353nm、354nm、355nm、386nm和407nm的四个波长大气拉曼散射光信号和米散射回波光信号相互分开，最终经过窄带干涉滤光片选通上述五波长散射光信号，并被同一型号光电倍增管完成光电转换和数据采集器完成数据采集。

主权项

单波长四拉曼激光雷达探测系统，其特征在于：包括控制单元、激光发射单元、光学接收单元、信号探测和采集单元，其中：激光发射单元包括Nd:YAG激光器、二倍频晶体、三倍频晶体、全反镜、3倍率的扩束器、发射器，Nd:YAG激光器出射三倍频355nm脉冲激光，Nd:YAG激光器的控制端接入控制单元，Nd:YAG激光器的出射光路上依次设置二倍频晶体、三倍频晶体、全反镜，扩束器的光入射端位于全反镜反射光路上，发射器由一对相互平行且分别各自安装在二维调节光学镜架上的光学反射镜构成，扩束器的出射光经过发射器中两光学反射镜反射后垂直发射至大气；光学接收单元包括光学接收望远镜、光阑、目镜、两个分色片、五个干涉滤光片和五个会聚透镜，光学接收望远镜上镀有353‑355nm、386nm和407nm三测量波段高反和高透的介质膜层，光学接收望远镜的入射光光轴与激光发射单元中发射器出射光光轴平行，光学接收望远镜出射光路上依次设置光阑、目镜、第一个分色片BS1，第二个分色片BS2设置在第一个分色片BS1的透射光路上，第二个分色片BS2的透射光路上设置有第一个干涉滤光片IF1，第一个干涉滤光片IF1的透射光路上设置有第一个会聚透镜L1，且第一个干涉滤光片IF1与第一个会聚透镜L1中心轴线相互平行，第二个分色片BS2的反射光路上设置有第二个干涉滤光片IF2，第二个干涉滤光片IF2的透射光路上设置有第二个会聚透镜L2，且第二个干涉滤光片IF2与第二个会聚透镜L2中心轴线相互平行，第一个分色片BS1的反射光路上设置有第三个干涉滤光片IF3，第三个干涉滤光片IF3的透射光路上设置有第三个会聚透镜L3，且第三个干涉滤光片IF3中心轴线与第三个会聚透镜L3的中心轴线之间夹有锐角，第三个干涉滤光片IF3的反射光路上设置有由两个相互平行的干涉滤光片构成的第四组干涉滤光片IF4，第四组干涉滤光片IF4的透射光路上设置有第四个会聚透镜L4，且第四组干涉滤光片IF4中心轴线与第四个会聚透镜L4的中心轴线相互平行，第四组干涉滤光片IF4的反射光路上设置有第五个干涉滤光片IF5，第五个干涉滤光片IF5的透射光路上设置有第五个会聚透镜L5，且第五个干涉滤光片IF5中心轴线与第五个会聚透镜L5的中心轴线之间夹有锐角；信号探测和采集单元包括五通道的数据采集器、探测器电源、五个光电倍增管，所述探测器电源分别供电至五个光电倍增管，第一个光电倍增管PMT1设置在第一个会聚透镜L1的出射光路上焦点处，第二个光电倍增管PMT2设置在第二个会聚透镜L2的出射光路上焦点处，第三个光电倍增管PMT3设置在第三个会聚透镜L3的出射光路上焦点处，第四个光电倍增管PMT4设置在第四个会聚透镜L4的出射光路上焦点处，第五个光电倍增管PMT5设置在第五个会聚透镜L5的出射光路上焦点处，且五个光电倍增管一一对应电接入数据采集器五个通道的输入端，数据采集器五个通道的输出端电连接至控制单元。