絕對測溫拉曼激光雷達的多通道光電系統研究.pdf

1、大氣溫度廓線對于研究大氣傳輸與輻射、氣象變化、地氣輻射平衡等具有重要意義。轉動拉曼激光雷達作為新型的大氣溫度廓線遙感工具，有助于大氣科學研究、精細氣象預報及特殊氣象事件預警預報。但目前已有的拉曼激光雷達多采用兩路溫度敏感性相反的轉動拉曼信號之比反演大氣溫度廓線，需要進行參數校正，而多通道拉曼激光雷達可以更直接精確地反演大氣溫度廓線，對測溫激光雷達的實用化具有重要意義。
　　本研究以實現大氣溫度的絕對探測為目標，從分子拉曼散射原理出

2、發(fā)，深入研究了基于多條氮氣轉動拉曼譜線的絕對探測大氣溫度技術；優(yōu)化設計了以閃耀光柵和光纖布拉格光柵為核心的兩級多路拉曼激光雷達分光系統，使氮氣分子反斯托克斯偶量子數譜線間的間距與光纖陣列中光纖包層直徑相匹配，考慮氧氣分子譜線的影響，最終選擇J=2，4，6，10，12，16這六條譜線來反演大氣溫度廓線。設計了用于譜線提取的光纖陣列，分析了光纖陣列的品質影響因素。結合模式耦合理論，以耦合效率為目標，分析了耦合效率與耦合透鏡直徑及單模光纖的模

3、場半徑間的關系。當親合透鏡直徑D=50mm，焦距f=220mm，單模光纖模場半徑ω0=1.7μm時，耦合效率可達0.812。由于實際加工的光纖陣列與理想設計的光纖陣列存在偏差，通過構建耦合模型，著重分析了當光纖端面發(fā)生橫向偏移、縱向偏移以及角度偏轉時，其偏移量及偏移角度大小對耦合效率的影響。當光纖陣列纖芯間距誤差控制在土1μm以內，耦合透鏡離焦量控制在±20μm以內時，系統的耦合效率可達0.45以上。以多通道光電倍增管為核心搭建光電檢測

4、系統，實驗測得各通道增益一致性在92％以上，通道間的串擾小于0.2%。以寬譜光源作為入射光，搭建以閃耀光柵、光纖陣列為核心的多路分光系統，利用光譜儀進行各個通道的掃描，各通道所提取到的中心波長與理論仿真結果具有較高的一致性，其最大誤差為0.03nm，分析可知其主要是由光纖陣列纖芯間距誤差產生。結果表明，多通道光電檢測系統具有較好的增益一致性和較低的串擾，各通道所提取到的中心波長與理論仿真結果具有較高的一致性，為多通道拉曼激光雷達系統的全