基于O_(2)差分吸收激光雷达的大气温度廓线测量误差研究(内封面文章·特邀)

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作者 徐宁 常宇鹏 +2 位作者 宋佳铭 孔政 梅亮 《红外与激光工程》 北大核心 2025年第6期132-147,共16页

通过探测氧气(O_(2))吸收系数随高度或温度的变化,差分吸收激光雷达(DifferentialAbsorption-Lidar,DIAL)可实现对流层内温度廓线的有效探测。然而,在实际测量过程中,O_(2)吸收系数的探测精度受到多种因素的影响。针对O_(2)-DIAL的影响... 通过探测氧气(O_(2))吸收系数随高度或温度的变化,差分吸收激光雷达(DifferentialAbsorption-Lidar,DIAL)可实现对流层内温度廓线的有效探测。然而,在实际测量过程中,O_(2)吸收系数的探测精度受到多种因素的影响。针对O_(2)-DIAL的影响因素,文中系统性地开展了理论分析及模拟研究。基于O_(2)吸收谱和大气模型,建立了770 nm O_(2)-DIAL仿真模型,通过蒙特卡罗方法,详细探讨了噪声、多普勒展宽、比湿及波长稳定性等因素对温度廓线反演结果的影响。研究结果表明,激光雷达信号的噪声、多普勒展宽、比湿及波长稳定性对温度廓线的反演精度存在不同程度的影响。其中,当激光光源的频率漂移幅度不超过50 MHz,频率波动幅度不超过100 MHz,温度反演偏差将低于1 K;比湿对温度反演结果影响相对较小,实际测量时通过采用无线电探空仪的比湿廓线数据反演温度,可有效降低比湿不确定性导致的温度反演误差。排除上述影响因素后,激光雷达信号的噪声、多普勒展宽对温度廓线反演结果具有最大影响。若在反演时忽略多普勒展宽的影响,在气溶胶含量梯度变化较大的高度,温度廓线反演误差将会显著增大(可达12 K)。文中的研究工作为O_(2)-DIAL系统设计与实现提供了重要的理论依据和指导,为优化温度廓线反演算法奠定了重要基础。 展开更多

关键词 差分吸收激光雷达 温度廓线 O_(2)吸收系数 多普勒展宽

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2µm波段CO_(2)差分吸收激光雷达教学仿真模拟平台

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作者 冯亭 苏鲸 +2 位作者 郭文雅 李方辉 王子宁 《实验技术与管理》 北大核心 2025年第7期195-202,共8页

距离分辨差分吸收激光雷达(DR-DIAL)能够以高空间分辨率探测不同距离处的气体浓度。2μm波段具有丰富的CO_(2)吸收线,基于DR-DIAL可以实现对CO_(2)气体浓度廓线的高精度测量。但2μm波段DR-DIAL系统构建成本高,相关教学实验难以开展。... 距离分辨差分吸收激光雷达(DR-DIAL)能够以高空间分辨率探测不同距离处的气体浓度。2μm波段具有丰富的CO_(2)吸收线,基于DR-DIAL可以实现对CO_(2)气体浓度廓线的高精度测量。但2μm波段DR-DIAL系统构建成本高,相关教学实验难以开展。为解决此问题,该文开发了基于MATLAB图形用户界面的2μm波段CO_(2)气体DR-DIAL教学仿真模拟平台,允许学生自定义各项模型参数,直观地观察吸收截面的选取和校正、回波信号的计算和模拟以及气体浓度廓线的反演过程。该平台操作简单,易于调试,支持自主学习和拓展开发,有助于学生快速了解DR-DIAL系统,并逐步加深对其工作原理与应用的理解。 展开更多

关键词 差分吸收激光雷达 CO_(2)探测 教学仿真模拟平台 MATLAB

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差分吸收激光雷达测量对流层臭氧 被引量：12

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作者 胡顺星 胡欢陵 +1 位作者 周军 吴永华 《激光技术》 CAS CSCD 北大核心 2001年第6期406-409,共4页

利用激光雷达对对流层 2～ 4km高度范围的臭氧分布进行了测量。测量结果表明 ,利用YAG激光器产生的两个波长 (2 6 6nm和 2 89nm) ,可以得到比较精确的臭氧分布。

关键词 差分吸收激光雷达 臭氧 对流层 YAG激光器 大气测量 测量方法 浓度分布

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对流层低层臭氧的差分吸收激光雷达测量 被引量：9

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作者 苑克娥 张世国 +4 位作者 胡顺星 曹开法 胡欢陵 徐之海 徐慧玲 《强激光与粒子束》 EI CAS CSCD 北大核心 2013年第3期553-556,共4页

利用紫外差分吸收(DIAL)激光雷达对北京南郊对流层低层臭氧垂直分布进行了测量,将探测结果与探空气球同时测量的结果进行了对比,取得了较为一致的分布趋势。选择北京南郊地区晴好天气探测的结果进行了统计分析,结果表明:近地面层内随高... 利用紫外差分吸收(DIAL)激光雷达对北京南郊对流层低层臭氧垂直分布进行了测量,将探测结果与探空气球同时测量的结果进行了对比,取得了较为一致的分布趋势。选择北京南郊地区晴好天气探测的结果进行了统计分析,结果表明:近地面层内随高度增加,臭氧体积混合比逐渐减小;距地面0.5～1.5km内平均臭氧体积混合比具有明显的日变化趋势,最大值出现在午后14点左右,相对太阳辐射最强时刻具有明显的滞后性;日平均最大体积混合比低于4×10-8,体积混合比起伏小于±3.2×10-9。 展开更多

关键词 大气臭氧 紫外差分吸收激光雷达 低对流层 日变化 柱含量

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基于差分吸收激光雷达的一种新的对流层臭氧浓度反演算法 被引量：7

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作者 范广强 刘建国 +4 位作者 刘文清 陆亦怀 张天舒 董云升 赵雪松 《光谱学与光谱分析》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2012年第12期3304-3308,共5页

差分吸收激光雷达探测对流层臭氧浓度时,气溶胶的干扰会造成较大的误差。提出了一种算法,该算法能够同时反演得到对流层臭氧浓度和气溶胶消光系数,减少气溶胶对反演结果的影响。使用实验数据,分析计算了气溶胶雷达比,气溶胶波长指数、... 差分吸收激光雷达探测对流层臭氧浓度时,气溶胶的干扰会造成较大的误差。提出了一种算法,该算法能够同时反演得到对流层臭氧浓度和气溶胶消光系数,减少气溶胶对反演结果的影响。使用实验数据,分析计算了气溶胶雷达比,气溶胶波长指数、标定点气溶胶后向散射比各种变化参数对反演结果的误差。结果表明,1km以下,各种变化参数造成的反演误差小于8%,1km以上臭氧浓度误差主要来源于信号和背景噪声,各种参数反演误差小于3%。最后给出了利用该算法得到对流层臭氧浓度和气溶胶的消光系数垂直廓线,并和传统的双波长差分算法反演结果作了比较分析。实验结果表明该算法是可行的,该算法可以减少气溶胶对差分吸收激光雷达测量结果引起的误差。 展开更多

关键词 大气光学 臭氧浓度 气溶胶干扰 差分吸收激光雷达

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基于差分吸收激光雷达的云消除算法研究 被引量：6

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作者 范广强 刘建国 +4 位作者 张天舒 董云升 赵雪松 陆亦怀 刘文清 《光子学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2012年第10期1135-1139,共5页

差分吸收激光雷达测量臭氧浓度过程中,云层信号会造成对流层臭氧浓度剧烈的抖动,带来了很大的测量误差.本文提出了一种云消除算法,该算法通过插值云层高度区域内的臭氧浓度,有效消除了对流层臭氧浓度的剧烈抖动.通过阐述其理论基础,给... 差分吸收激光雷达测量臭氧浓度过程中,云层信号会造成对流层臭氧浓度剧烈的抖动,带来了很大的测量误差.本文提出了一种云消除算法,该算法通过插值云层高度区域内的臭氧浓度,有效消除了对流层臭氧浓度的剧烈抖动.通过阐述其理论基础,给出了其算法关键点,即云信号的识别和云高度的精确定位.根据云层消光系数的特点,通过设定气溶胶消光系数阈值获取云层高度信息,利用累加平均有效减少噪音造成的测量误差.结果表明,在精确确定云高、云底的基础上,运用线性插值算法对臭氧测量结果进行修正,可以有效克服云层对测量结果造成的急剧起伏. 展开更多

关键词 差分吸收激光雷达 云消除技术 Fernald方法 双波长差分吸收 云层高度

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差分吸收激光雷达探测二氧化硫实验研究 被引量：12

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作者 林金明 曹开法 +5 位作者 胡顺星 黄见 苑克娥 时东锋 邵石生 徐之海 《红外与激光工程》 EI CSCD 北大核心 2015年第3期872-878,共7页

二氧化硫是大气中最常见、最重要的污染物之一。差分吸收激光雷达探测二氧化硫具有高时空分辨率、高探测精度等优点。用两台Nd：YAG激光器泵浦两台染料激光器后,通过倍频晶体得到测量大气二氧化硫所需的两个波长,它们分别是λon=300.05... 二氧化硫是大气中最常见、最重要的污染物之一。差分吸收激光雷达探测二氧化硫具有高时空分辨率、高探测精度等优点。用两台Nd：YAG激光器泵浦两台染料激光器后,通过倍频晶体得到测量大气二氧化硫所需的两个波长,它们分别是λon=300.05 nm和λoff=301.5 nm。将两束光束用几组反射镜合为一束光束,经扩束镜6倍扩束后垂直发射进入到大气中。接收望远镜收集两个激光波长的大气后向散射信号,信号采集单元记录两个波长的后向散射回波信号的垂直高度分布。通过数据反演获得二氧化硫的高度分布。初步实验结果表明,实验期间合肥西郊董铺岛垂直高度0.3~1.6 km的二氧化硫在0~14 ppb范围内波动。最后分析并估算了该二氧化硫差分吸收激光雷达的四个主要误差来源。 展开更多

关键词 差分吸收激光雷达 二氧化硫 大气光学

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差分吸收激光雷达测量NO_2浓度的实验研究 被引量：9

8

作者 李国会 叶一东 +5 位作者 向汝建 陈天江 郑为民 雒仲祥 何忠武 胡晓阳 《强激光与粒子束》 EI CAS CSCD 北大核心 2006年第5期765-768,共4页

介绍了差分吸收激光雷达测量大气中物质成份及浓度的测量原理,并利用差分吸收激光雷达测量了3.5 km内NO2的浓度分布,测量结果表明,使用双通道可调谐的Ti:Sapphire激光器的一组波长(448.2nm和446.8 nm)可以获得比较精确的NO2的浓度随距... 介绍了差分吸收激光雷达测量大气中物质成份及浓度的测量原理,并利用差分吸收激光雷达测量了3.5 km内NO2的浓度分布,测量结果表明,使用双通道可调谐的Ti:Sapphire激光器的一组波长(448.2nm和446.8 nm)可以获得比较精确的NO2的浓度随距离的分布。 展开更多

关键词 差分吸收激光雷达 调谐 Ti:Sapphire激光器

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国外差分吸收激光雷达探测大气CO2研究综述 被引量：10

9

作者 洪光烈 章桦萍 +1 位作者 刘豪 胡以华 《光电工程》 CAS CSCD 北大核心 2018年第1期1-14,共14页

差分吸收激光雷达是探测大气CO_2时间和空间分布不可或缺的工具。2.0μm波段Ho:Tm:YLF或Ho:Tm:LuLiF激光器复合外差接收机,1.6μm种子注入的KTP光参量振荡器或参量发生器复合光电倍增管的光子计数技术,可以探测7 km以下对流层大气CO_2... 差分吸收激光雷达是探测大气CO_2时间和空间分布不可或缺的工具。2.0μm波段Ho:Tm:YLF或Ho:Tm:LuLiF激光器复合外差接收机,1.6μm种子注入的KTP光参量振荡器或参量发生器复合光电倍增管的光子计数技术,可以探测7 km以下对流层大气CO_2混合比的分布。调制连续波种子激光强度、共用1.6μm光纤放大器,以及相关检测技术的使用,积分路径差分吸收激光雷达在大气CO_2柱浓度探测方面具有独特的优点和特色。探测大气二氧化碳柱浓度的空间计划有美国NASA的ASENDS计划,采用脉冲式、积分路径差分吸收工作方式。用CO_2气体吸收池作为参照物,稳定种子光频率和精确控制谐振腔长,锁定发射机的on光源波长,是差分吸收激光雷达探测大气二氧化碳的关键技术。 展开更多

关键词 激光雷达 差分吸收激光雷达 二氧化碳 体积混合比

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车载二氧化硫差分吸收激光雷达系统 被引量：4

10

作者 陈亚峰 王晓宾 +3 位作者 刘秋武 曹开法 胡顺星 黄见 《光子学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2017年第7期29-35,共7页

研制了一套探测低层大气二氧化硫的车载可移动激光雷达系统.该系统选用的差分波长对为300.05nm和301.50nm.光源采用两台Nd…YAG激光器分别泵浦两台窄线宽染料激光器经过倍频来获得.激光经过合束、扩束后与望远镜同轴发射.后向散射信号... 研制了一套探测低层大气二氧化硫的车载可移动激光雷达系统.该系统选用的差分波长对为300.05nm和301.50nm.光源采用两台Nd…YAG激光器分别泵浦两台窄线宽染料激光器经过倍频来获得.激光经过合束、扩束后与望远镜同轴发射.后向散射信号被近牛顿式望远镜接收后,通过光电倍增管转换为电信号,然后被数据采集卡采集,最后用来反演二氧化硫分布廓线.在淮南地区进行了针对近地面水平探测的外场实验,结果表明,在0.8~3.0km范围内,当晚二氧化硫浓度在20μg·m-3上下波动,气象部门地面仪器结果为18~22μg·m-3,实验结果与仪器结果具有可比性. 展开更多

关键词 大气光学 差分吸收激光雷达 光学遥感 二氧化硫 吸收截面

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差分吸收激光雷达几何因子实验确定方法 被引量：4

11

作者 范广强 刘建国 +4 位作者 刘文清 陆亦怀 张天舒 赵雪松 董云升 《量子电子学报》 CAS CSCD 北大核心 2013年第1期93-97,共5页

差分吸收激光雷达发射光束与接收视场的重叠区域用几何因子函数来描述,几何因子是差分吸收激光雷达的重要参数。提出了一种实验方法,实验使用米散射激光雷达和差分吸收激光雷达同时测量信号,通过对比分析两台激光雷达采集信号计算得到... 差分吸收激光雷达发射光束与接收视场的重叠区域用几何因子函数来描述,几何因子是差分吸收激光雷达的重要参数。提出了一种实验方法,实验使用米散射激光雷达和差分吸收激光雷达同时测量信号,通过对比分析两台激光雷达采集信号计算得到的气溶胶散射比廓线,获得差分吸收激光雷达的几何因子。该方法的优点在于不需要预先得到精确度高的激光雷达参数,比如望远镜直径,光束发散角,望远镜接收视场角等。该方法的应用有利于减少近地面差分吸收激光雷达测量臭氧廓线的误差,提高差分吸收激光雷达的探测性能,有助于研究近地面层的臭氧时空分布特征。 展开更多

关键词 差分吸收激光雷达 米散射激光雷达 几何因子 气溶胶修正 对流层臭氧

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0.94μm差分吸收激光雷达地基工作的进展 被引量：5

12

作者 洪光烈 李嘉唐 +3 位作者 王建宇 李虎 王一楠 孔伟 《红外与激光工程》 EI CSCD 北大核心 2019年第12期67-74,共8页

为了更好地探测对流层大气水汽的垂直廓线,对已经建立的935 nm差分吸收激光雷达进行了部分改进。采取双通道接收的措施,近场通道望远镜同时也是发射激光的扩束器,近场通道采用偏振分束器加四分之一波片的方式隔离发射光和回波光,远场通... 为了更好地探测对流层大气水汽的垂直廓线,对已经建立的935 nm差分吸收激光雷达进行了部分改进。采取双通道接收的措施,近场通道望远镜同时也是发射激光的扩束器,近场通道采用偏振分束器加四分之一波片的方式隔离发射光和回波光,远场通道(主通道)采用平行旁轴的卡塞格林望远镜,从而减小激光雷达近地面盲区;发射机的双波长挪到936.0~936.5 nm之间,增加了注入种子激光的功率,提高发射光谱纯度,从而提高探测精度。探测范围从600~2000 m,延展到250~3000 m,随机误差5%。 展开更多

关键词 差分吸收激光雷达 大气对流层水汽 后向散射 垂直范围

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连续波差分吸收激光雷达探测路径大气CO2平均浓度 被引量：6

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作者 洪光烈 梁新栋 +2 位作者 刘豪 章桦萍 舒嵘 《光谱学与光谱分析》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2020年第12期3653-3658,共6页

大气二氧化碳作为最重要的温室气体之一,它的变化和分布备受关注,差分吸收激光雷达(DIAL)系统是探测大气二氧化碳浓度的重要手段,对于研究温室气体的源和汇具有重要意义。主要研究正弦调制连续波差分吸收激光雷达在水平路径上探测CO2平... 大气二氧化碳作为最重要的温室气体之一,它的变化和分布备受关注,差分吸收激光雷达(DIAL)系统是探测大气二氧化碳浓度的重要手段,对于研究温室气体的源和汇具有重要意义。主要研究正弦调制连续波差分吸收激光雷达在水平路径上探测CO2平均浓度,利用HITRAN数据库中CO2及H2O的吸收光谱,综合考虑CO2的吸收截面及H2O的干扰,选择差分吸收激光雷达的工作波长On-line:1 572.335 nm, Off-line:1 572.180 nm;声光调制器取代电光调制器对连续波激光强度进行正弦波调制,两路调制信号频率有细微差别,其中On-line调制频率为101.833 kHz, Off-line调制频率为99.733 kHz;On-line光源激光器通过光谱调制技术将激光频率锁定在气体池吸收峰1 572.335 nm处,并采用在相位调制器上施加直流偏置反馈电压来消除相位调制器的残余幅度调制(RAM),使波长锁定精度大幅提高,激光频率锁定系统实现On-line光源激光器在12小时输出波长均方根误差为0.05 pm;在CPU中实现快速傅立叶变换获取回波光信号和发射监视端激光强度的功率谱,并选择窗函数和频谱校正算法来提高计算精度;通过调制连续波激光强度的正弦波相位鉴别获取路径的长度;系统光路为光纤光路,使其结构紧凑;对系统进行外场实验和对比实验;获取上海市区1.3 km路径上二氧化碳平均浓度,实验数据显示系统观测精度为4 ppm(百万分之一),且探测到的CO2日变化趋势与二氧化碳点探测器LI-7500A探测到的日变化趋势相吻合。 展开更多

关键词 路径积分差分吸收激光雷达IPDA CO2柱浓度(混合比) 声光强度调制 激光频率锁定 激光相位测距

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微脉冲差分吸收激光雷达CO_2探测性能研究 被引量：2

14

作者 蔡晓春 胡以华 +3 位作者 陶小红 胡桂兰 赵楠翔 雷武虎 《激光技术》 CAS CSCD 北大核心 2007年第5期515-517,共3页

为了研究差分吸收激光雷达低空CO2浓度探测效率,分析了探测系统的原理与信噪比,采用近红外微脉冲激光雷达进行了仿真实验,当激光脉冲能量为20μJ、重复频率为10kHz时,推算出信噪比、所需积累时间与探测距离的关系。在不考虑背景噪声情况... 为了研究差分吸收激光雷达低空CO2浓度探测效率,分析了探测系统的原理与信噪比,采用近红外微脉冲激光雷达进行了仿真实验,当激光脉冲能量为20μJ、重复频率为10kHz时,推算出信噪比、所需积累时间与探测距离的关系。在不考虑背景噪声情况下(夜间工作),可进行4.5km以下CO2气体浓度的探测;考虑背景噪声情况下(白天工作),只能探测2.4km以下的CO2气体浓度。结果表明,选择夜间探测和更好的探测器件可以提高探测距离。 展开更多

关键词 激光技术 差分吸收激光雷达 CO2浓度 微脉冲

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CO_2差分吸收激光雷达信号处理 被引量：2

15

作者 陈涌 周鼎富 +3 位作者 杨泽后 孙鹏 陈云亮 王建银 《红外与激光工程》 EI CSCD 北大核心 2006年第z4期197-201,共5页

针对CO_2差分吸收激光告警雷达系统,研究累加平均和匹配滤波两种算法.将两种方法进行耦合,结合了各自的优点,使得激光雷达在小信噪比下工作,提高了检测距离,计算出较远距离时,化学物质的 CL浓度值.将该方法应用到 CO_2差分吸收激光告警... 针对CO_2差分吸收激光告警雷达系统,研究累加平均和匹配滤波两种算法.将两种方法进行耦合,结合了各自的优点,使得激光雷达在小信噪比下工作,提高了检测距离,计算出较远距离时,化学物质的 CL浓度值.将该方法应用到 CO_2差分吸收激光告警雷达系统中。通过仿真实验,能有效地去掉噪声和强干扰信号,在保持原信号特征的情况下,较准确地提取出有效的弱信号,计算出化学物质的浓度距离,模拟出测量到某种化学物质. 展开更多

关键词 CO2差分吸收激光雷达 数字信号处理 累加平均 匹配滤波

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水汽差分吸收激光雷达发射机935 nm高功率光参量振荡器 被引量：2

16

作者 洪光烈 梁新栋 +2 位作者 肖春雷 孔伟 舒嵘 《红外与激光工程》 EI CSCD 北大核心 2018年第12期113-121,共9页

水汽分子的3ν强振动吸收带位于935 nm附近,差分吸收激光雷达在这个波段具有高探测灵敏度。不幸这一波段位于Ti:Sapphire激光器增益带宽的边缘和Cr:Alexandrite激光器增益带宽之外,染料激光器有较高的自发荧光成分而使其光谱纯度不高,... 水汽分子的3ν强振动吸收带位于935 nm附近,差分吸收激光雷达在这个波段具有高探测灵敏度。不幸这一波段位于Ti:Sapphire激光器增益带宽的边缘和Cr:Alexandrite激光器增益带宽之外,染料激光器有较高的自发荧光成分而使其光谱纯度不高,光参量频率转换器可以用作该波段水汽差分吸收激光雷达的发射机。动态稳定的环形谐振腔中有一对走离补偿的、70.7°切角的KTP非线性晶体。它由种子注入单纵模Nd:YAG激光器的二倍频532 nm光脉冲泵浦,脉冲重复频率10 Hz。通过935 nm分布反馈半导体激光器种子注入和"ramp-hold-fire"方法,主动锁定光参量振荡器谐振腔的腔长。发射机平均输出功率达到4.5 W,脉冲长度6 ns,光(532 nm)-光(935 nm)转换效率大于17%,光频的短程和长程频率稳定性30 MHz(RMS)。光束质量M2大约7.8,光谱纯度可以达到99.9%。它将是空间探测大气水汽廓线遥感器的候选光源之一。 展开更多

关键词 差分吸收激光雷达 发射机 光参量频率转换器 KTP晶体 腔长稳定

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国外差分吸收激光雷达探测大气水汽廓线的研究进展 被引量：1

17

作者 洪光烈 李嘉唐 +1 位作者 孔伟 舒嵘 《光谱学与光谱分析》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2019年第2期340-348,共9页

水汽含量是大气最基本的物理参量之一,大气水汽垂直分布结构对于大气过程的研究十分有意义。差分吸收激光雷达可以昼夜获取高精度、高距离分辨率的大气水汽垂直分布廓线,是最有潜力的探测手段。国际上已经发展出几种类型的差分吸收激光... 水汽含量是大气最基本的物理参量之一,大气水汽垂直分布结构对于大气过程的研究十分有意义。差分吸收激光雷达可以昼夜获取高精度、高距离分辨率的大气水汽垂直分布廓线,是最有潜力的探测手段。国际上已经发展出几种类型的差分吸收激光雷达,对它们的发展路径做一梳理,理清发展脉络,具有有益的参考价值。其中,稍早时期水汽差分吸收激光雷达工作在4ν振动吸收带720～730nm频域,以Alexandrite为主流的激光器或者Nd∶YAG/ruby固体激光器泵浦的染料激光器作为发射光源,光电倍增管仍然可以在这个波段担任探测器,代表性的仪器是法国的机载LEANDREⅡ。此后发展的820nm波段的水汽差分吸收激光雷达,以钛宝石激光器或钛宝石光放大器为发射机,以硅的雪崩二极管作为探测器,紧跟前置放大和数据的AD采集器,如德国Hohenheim大学的车载扫描激光雷达,可以获得对流层300～4 000m之间水汽两维或三维分布结构;德国Institutfür Meteorologie und Klimaforschung所建立的差分吸收激光雷达可以探测3～12km高度之间大气的水汽垂直分布。720和820nm波段水汽吸收截面较小,更适合于地基或车载的对流层水汽廓线探测。而水汽3ν振动谱935nm区域吸收截面较大,是为了空间探测大气对流层上、平流层下相对干燥区域的水汽分布而准备的,且可以安排多个探测波长,和一个参考波长,它们对水汽的吸收截面大小呈梯度分布,以应对空间对地观测时不同高度大气水汽浓度的差别。基于种子注入的光参量振荡器或Nd∶YGG全固态激光器的935nm差分吸收激光雷达,以德国Deutsches Zentrumfür Luft-und Raumfahrt的研究最为成功,推动了欧洲空间局立项发展空间水汽差分吸收激光雷达WALES(Water Vapour Lidar Experiment in Space),测量从地球表面到平流层下、高垂直分辨率和高精度水汽浓度分布。机载多波长水汽差分吸收激光雷达1999年建立起来,担当空间WALES任务的模拟器,2006年完成了机载飞行试验。以823～830nm分布布拉格反射半导体激光器和半导体光放大器为核心、采用雪崩二极管盖格光子计数技术的微脉冲差分吸收激光雷达,是差分吸收激光雷达面向商业化、可普及的方向迈出的重要一步,目前已经发展到第四代产品。发射机激光工作波长的长期稳定十分重要而棘手,以窄带连续波种子激光注入脉冲激光器的谐振腔锁定其的腔长,种子激光的波长以水汽的多通道光吸收池为参照标准,或以高精度波长计为误差获取手段,通过负反馈进行主动稳频;其次,需要仔细考虑大气对激光的后向散射光谱线型,显然Rayleigh后向散射光的多普勒展宽与水汽吸收光谱线宽度可以比拟,所以其吸收截面σon和σoff必需加以修正;水汽的空间垂直分布梯度大,因此差分吸收激光雷达应该实行分通道探测。 展开更多

关键词 差分吸收激光雷达 水汽 光频稳定 瑞利多普勒展宽

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CO_2差分吸收激光雷达测量灵敏度的数值分析 被引量：1

18

作者 尹世荣 王蔚然 李新山 《激光技术》 CAS CSCD 北大核心 2004年第5期503-505,共3页

针对直接探测长程CO2 差分吸收激光雷达系统 ,分析了对测量灵敏度产生影响的两个主要因素 :大气湍流和激光斑纹 ,得到了测量灵敏度与大气湍流和激光斑纹之间关系的数值计算结果。结果表明 ,在高度小于35 0m时 ,增加设备离地高度可以有... 针对直接探测长程CO2 差分吸收激光雷达系统 ,分析了对测量灵敏度产生影响的两个主要因素 :大气湍流和激光斑纹 ,得到了测量灵敏度与大气湍流和激光斑纹之间关系的数值计算结果。结果表明 ,在高度小于35 0m时 ,增加设备离地高度可以有效地提高测量灵敏度 ;在高度大于 35 0m后 ,改变系统参数可以有效地提高测量灵敏度。 展开更多

关键词 差分吸收激光雷达 测量灵敏度 大气湍流 激光斑纹

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CO_2差分吸收激光雷达探测性能研究 被引量：1

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作者 尹世荣 王蔚然 李新山 《激光与红外》 CAS CSCD 北大核心 2004年第1期21-23,共3页

针对长程直接探测CO2差分吸收激光雷达,研究了系统的探测性能。分析了影响探测性能的两类主要噪声源:斑纹噪声和探测噪声,得到了探测性能与斑纹噪声和探测噪声之间关系的计算结果。结果表明,近距离测量时,探测性能主要受斑纹噪声的限制... 针对长程直接探测CO2差分吸收激光雷达,研究了系统的探测性能。分析了影响探测性能的两类主要噪声源:斑纹噪声和探测噪声,得到了探测性能与斑纹噪声和探测噪声之间关系的计算结果。结果表明,近距离测量时,探测性能主要受斑纹噪声的限制,远距离测量时,探测性能主要受探测噪声的限制;如果系统参数选择不当,斑纹噪声将严重制约着系统的探测性能。 展开更多

关键词 CO2差分吸收激光雷达 探测性能 斑纹噪声 探测噪声

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探测大气压力的差分吸收激光雷达的一种光发射机 被引量：4

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作者 洪光烈 王钦 +2 位作者 肖春雷 孔伟 王建宇 《红外与毫米波学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2019年第4期451-458,共8页

介绍了一种氧气A带差分吸收激光雷达发射机,试图用于大气压力探测实验.该激光发射机是基于种子注入的光参量振荡器和光参量放大器的结构.作为从振荡器,采用一个环形腔KTP光参量振荡器.作为注入种子的主振荡器,即一个连续波外腔调谐二极... 介绍了一种氧气A带差分吸收激光雷达发射机,试图用于大气压力探测实验.该激光发射机是基于种子注入的光参量振荡器和光参量放大器的结构.作为从振荡器,采用一个环形腔KTP光参量振荡器.作为注入种子的主振荡器,即一个连续波外腔调谐二极管激光器.该连续波外腔调谐二极管激光器,由高精度的波长计构成的一个PID(Proportional-Integral-Derivative)伺服控制环,稳定其工作波长.向光参量振荡器的谐振腔注入连续波的种子激光,通过“Ramp-Hold-Fire”技术,锁定OPO(Optical Parametric Oscillator)谐振腔的腔长.该激光发射机具有高的光频率稳定性(30 MHz/rms)、窄的线宽(傅立叶转换限)、高的脉冲能量(≥45 mJ)等性能,能够在工作期间保持稳定.发射机系统以单纵模式工作,使得差分吸收激光雷达对后向散射光信号的窄带探测成为可能.因而此类系统具有精确探测大气压力的发展潜力. 展开更多

关键词 大气压力 差分吸收激光雷达 光参量振荡器/光参量放大器 注入锁定

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