绝对探测大气温度的转动拉曼激光雷达分光系统研究
转动拉曼激光雷达已成为大气温度探测的重要工具，目前，转动拉曼测温激光雷达系统都采用相对探测技术，需要定期使用无线电探空仪等对系统参数校正，影响其实用化进程。本论文设计了一种提取多条谱线的并行转动拉曼信号分光系统，实现免校正的转动拉曼激光雷达对大气温度的绝对探测。 论文从大气中分子的拉曼散射原理出发，分析了基于转动拉曼散射的温度探测原理，提出提取多条拉曼谱线实现绝对探测的技术，在比较分析国内外现有的分光方案基础上，设计了以闪耀光栅和光纤光栅为核心分光器件的两级分光系统，实现拉曼光谱的精细提取，改善了转动拉曼分光系统的机械稳定性。 论文在两级分光系统的结构研究和分光原理的分析下，重点对分光系统中的闪耀光栅、单模多模光纤、单模光纤线阵列和光纤光栅等光学器件进行了分析。以光栅的严格耦合波理论为基础，通过改变和优化衍射闪耀光栅周期、波长、角度等参数，使衍射效率达到70％；以光栅的分光理论为基础，设计出单模光纤线阵列的结构，最终优化选择出了6条谱线，其波长分别为531.01、530.11、529.66、528.76、527.86、527.42nm，并确定出每条谱线在透镜焦平面的坐标；依据每条谱线对应在透镜焦平面上光斑的大小，结合耦合理论，确定了入射光通过的多模光纤和与光纤线阵列连接的单模光纤参数以及单模光纤在焦平面的调整范围：结合实验室已经成熟的FBG技术，以近似等强度悬臂梁作为光纤布拉格光栅调谐机构的核心，实现FBG反射谱线与需要分离出来的6条转动拉曼谱线的匹配，最终实现所需谱线的精细提取。研究了绝对温度探测反演算法，并进行系统仿真研究，可以实现晚上温度探测高度为3km。 理论研究及初步实验结果表明，绝对测温激光雷达系统通过提取多条拉曼谱线可用于探测大气温度廓线，可为大气温度的高精度激光遥感探测提供了新的探测方法。
转动拉曼激光雷达;多通道分光系统;光纤线阵列;绝对探测;大气温度;分光系统
西安理工大学
硕士
测试计量技术及仪器
华灯鑫;李仕春
2015
中文
TN958.98
78
2016-01-29（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）