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差分吸收相干激光雷达中偏振分集技术研究

光电子．激光 2015年第3期26卷 541-547页

作者：董骁胡以华赵楠翔王阳阳合肥电子工程学院脉冲功率激光技术国家重点实验室、电子制约技术安徽省重点实验室安徽合肥230037

为减小差分吸收相干激光雷达(DIAL)中偏振衰落对回波信号功率反演精度影响,研究了偏振分集技术(PDT)在相干DIAL中的作用,构建了利用STM32控制的双光束切换DIAL实验装置。依托构建的装置,利用平衡探测,分别采用PDT和一般外差探测完成多... 详细信息

为减小差分吸收相干激光雷达(DIAL)中偏振衰落对回波信号功率反演精度影响,研究了偏振分集技术(PDT)在相干DIAL中的作用,构建了利用STM32控制的双光束切换DIAL实验装置。依托构建的装置,利用平衡探测,分别采用PDT和一般外差探测完成多组次实验,应用单频检测方法得到20m光程下吸收气体不同浓度下相干中频信号的振幅值,并由此求解出on光和off光回波信号功率。对回波信号功率值差分信息与由HITRAN得到的参考差分信息比较发现:应用PDT能使探测分辨率提高4倍,对应到2km距离内,可以探测到3.5×10-6ppm的CO2浓度变化,满足了气候研究所需的优于1%的精度要求,验证了PDT消除偏振衰落以及提高相干DIAL分辨精度的作用。

关键词：偏振分集技术(PDT) 平衡探测差分吸收相干激光雷达大气CO2浓度

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差分吸收式甲烷气体传感系统的研究

仪器仪表学报 2006年第12期27卷 1647-1650页

作者：王艳菊王玉田张玉燕燕山大学电气工程学院

为了补偿甲烷传感系统的非传感因素引起的误差,设计了基于差分吸收技术的光纤传感系统。系统以廉价的1.33μm波段的LED为光源,利用旋转双波长滤光片进行波长切换,用单光路实现差分吸收检测,完全消除了双光路系统中双光路的差异和双光电... 详细信息

为了补偿甲烷传感系统的非传感因素引起的误差,设计了基于差分吸收技术的光纤传感系统。系统以廉价的1.33μm波段的LED为光源,利用旋转双波长滤光片进行波长切换,用单光路实现差分吸收检测,完全消除了双光路系统中双光路的差异和双光电探测器件的漂移等引起的误差。理论和实验证明,这些措施有效地提高了系统的灵敏度和稳定性。

关键词：光纤甲烷差分吸收双波长

差分吸收大气CO_2激光雷达的大气压力增宽修正算法

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光学学报 2012年第11期32卷 17-22页

作者：马昕林宏马盈盈龚威武汉大学测绘遥感信息工程国家重点实验室湖北武汉430079

CO2作为温室气体主要成分对全球气候有重要的影响。现有的被动观测设备都只能获得单点上空的CO2浓度值,而差分吸收激光雷达在探测CO2方面具有巨大优势,可以获得较高的时空分辨率。然而,在利用差分吸收激光雷达探测CO2浓度时,其中的压力... 详细信息

CO2作为温室气体主要成分对全球气候有重要的影响。现有的被动观测设备都只能获得单点上空的CO2浓度值,而差分吸收激光雷达在探测CO2方面具有巨大优势,可以获得较高的时空分辨率。然而,在利用差分吸收激光雷达探测CO2浓度时,其中的压力增宽有不可忽视的重要影响。基于此着重对压力增宽进行分析,提出新的修正算法,新方法同经典算法相比较,减小了反演过程中的误差。实验中分别对一例仿真信号和实测信号进行反演,最终获得了CO2浓度垂直廓线分布较为理想的结果,验证了新修正算法的可行性。

关键词：大气光学压力增宽修正算法 CO2 差分吸收

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差分吸收测污激光雷达光路分束设计

光学学报 2007年第6期27卷 957-961页

作者：赵培涛张寅超胡顺星赵曰峰苏嘉谭锟曹开法谢军许玉龙方欣杜小勇中国科学院安徽光学精密机械研究所北京理工大学光电工程系光电成像与信息工程研究所北京100081 山东轻工业学院数理学院济南250353

在AML-2车载测污激光雷达中,对装有不同气体的拉曼管进行拉曼激发获得相应的强、弱吸收关波长。针对差分雷达激光发射光路转换的特点及提高雷达监测的实时性能要求,基于激光偏振调制原理提出了激光雷达光路分束设计的新方法,对该方法可... 详细信息

在AML-2车载测污激光雷达中,对装有不同气体的拉曼管进行拉曼激发获得相应的强、弱吸收关波长。针对差分雷达激光发射光路转换的特点及提高雷达监测的实时性能要求,基于激光偏振调制原理提出了激光雷达光路分束设计的新方法,对该方法可行性进行了理论分析,并对改进光路的能量损失进行了估算,模拟结果显示改进后的系统延长了仪器的使用寿命,提高了测量的实时性。为提高差分激光雷达实时监测性能提供了一种新方法。

关键词：激光雷达差分吸收分束实时测污

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边界层臭氧差分吸收激光雷达

红外与激光工程 2015年第10期44卷 2912-2917页

作者：曹开法黄见胡顺星中国科学院安徽光学精密机械研究所中国科学院大气成分与光学重点实验室安徽合肥230031

差分吸收激光雷达是测量边界层臭氧空间分布的一种重要工具。研制了一台边界层臭氧差分吸收激光雷达系统,系统采用Nd：YAG四倍频激光266 nm泵浦H2/D2混合气体产生受激拉曼光作为光源,采用牛顿型望远镜接收大气回波,288.9 nm和299 nm的... 详细信息

差分吸收激光雷达是测量边界层臭氧空间分布的一种重要工具。研制了一台边界层臭氧差分吸收激光雷达系统,系统采用Nd：YAG四倍频激光266 nm泵浦H2/D2混合气体产生受激拉曼光作为光源,采用牛顿型望远镜接收大气回波,288.9 nm和299 nm的弹性散射信号被分成两路,被光电倍增管转换为电信号,然后通过A/D采集卡采集保存用以反演大气臭氧分布廓线。给出了系统的探测结果以及和臭氧探空仪地对比验证实验。结果显示该激光雷达可以大大降低几何因子的影响,提供0.2~2 km区间的边界层大气臭氧分布廓线。

关键词：大气光学激光雷达差分吸收臭氧受激拉曼散射

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星载宽视场差分吸收成像光谱仪光学设计

光学学报 2015年第1期35卷 330-337页

作者：薛庆生中国科学院长春光学精密机械与物理研究所吉林长春130033

研究星载宽视场差分吸收成像光谱仪已成为空间大气遥感领域的迫切需求,根据宽覆盖轻小型星载大气痕量气体差分吸收成像光谱仪的研究目标,采用偏轴两镜系统和中继系统匹配的结构型式设计出无遮拦宽视场望远系统,将宽视场望远系统和Offne... 详细信息

研究星载宽视场差分吸收成像光谱仪已成为空间大气遥感领域的迫切需求,根据宽覆盖轻小型星载大气痕量气体差分吸收成像光谱仪的研究目标,采用偏轴两镜系统和中继系统匹配的结构型式设计出无遮拦宽视场望远系统,将宽视场望远系统和Offner光谱成像系统匹配,设计了一个视场60°×0.24°、相对孔径1/3、工作波段280～450 nm的星载宽视场差分吸收成像光谱仪光学系统,利用光学设计软件Zemax-EE进行了光线追迹和优化设计,光谱成像系统不同波长的点列图半径的均方根（RMS）值均小于5 mm,光谱分辨率0.692 nm,满足不大于1 nm的指标要求,差分吸收成像光谱仪全系统在空间方向各波长在特征频率处的光学传递函数均达到0.67以上,完全满足成像质量要求,适合空间大气遥感应用。

关键词：光学设计成像光谱仪望远系统光谱成像系统差分吸收

开放光路差分吸收光谱技术测量城市大气氨的研究

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光谱学与光谱分析 2012年第2期32卷 476-480页

作者：王界谢品华秦敏凌六一叶丛雷刘建国刘文清国家环境光学监测仪器工程技术研究中心安徽合肥230031

氨在大气酸沉降和气溶胶二次来源中扮演了重要角色。城市大气NH3的测量对于研究NH3的大气化学显得尤为必要。该文研究了差分吸收光谱技术应用于大气NH3测量时的影响因素;根据NH3在短波紫外的吸收光谱特征,确定了NH3浓度的反演波段和干... 详细信息

氨在大气酸沉降和气溶胶二次来源中扮演了重要角色。城市大气NH3的测量对于研究NH3的大气化学显得尤为必要。该文研究了差分吸收光谱技术应用于大气NH3测量时的影响因素;根据NH3在短波紫外的吸收光谱特征,确定了NH3浓度的反演波段和干扰扣除方法。估算了应用于NH3测量的开放光路DOAS系统在228m光程下的探测下限为0.27μg.m-3,并在广州市城区开展了大气NH3的外场测量,NH3表现出明显的日变化规律,白天浓度较低,夜间浓度高。测量阶段中NH3最小值和最大值分别为0.83和3.11μg.m-3,平均浓度约为1.59μg.m-3。该系统的测量精度在10%以内,对测量误差来源进行了分析。

关键词：差分吸收氨开放光路探测下限日变化

基于匹配算法的脉冲差分吸收CO_2激光雷达的稳频研究

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物理学报 2015年第15期64卷 227-237页

作者：马昕龚威马盈盈傅东伟韩舸相成志武汉大学测绘遥感信息工程国家重点实验室武汉430079 地球空间信息技术协同创新中心武汉430079 武汉大学遥感信息工程学院武汉430079

利用差分吸收激光雷达探测大气CO2,可以获得其浓度的垂直分布,对于研究碳源、碳汇的过程有重要意义.设计了一套种子注入的脉冲差频激光器系统,作为差分吸收激光雷达的激光光源.针对脉冲差分吸收CO2激光雷达on波长的高精度稳频的研究空白... 详细信息

利用差分吸收激光雷达探测大气CO2,可以获得其浓度的垂直分布,对于研究碳源、碳汇的过程有重要意义.设计了一套种子注入的脉冲差频激光器系统,作为差分吸收激光雷达的激光光源.针对脉冲差分吸收CO2激光雷达on波长的高精度稳频的研究空白,本文提出一种基于匹配的on波长的连续稳频算法.其基本思想是采用分子饱和吸收法,测量通过双路吸收池后的差分信号,计算其光学厚度值(optical depth,OD),获得实测的伪吸收谱,当监测到on波长发漂移后,进行连续的波长调节,获取其OD值,最后基于一维的图像匹配算法,将OD值作为灰度值,利用图像匹配原理,进行OD值匹配,确定当前输出波长在伪吸收谱中的位置,进而调节至on波长,实现on波长的连续、稳定输出.实验结果表明,提出的稳频算法能够很好的满足高精度的稳频要求,同时差平方和法在该应用中是最优的,稳频精度可达到0.3 pm.

关键词：差分吸收 CO2 on波长稳频匹配

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星载多模式差分吸收高光谱成像仪光学设计

光学学报 2016年第7期36卷 231-238页

作者：薛庆生中国科学院长春光学精密机械与物理研究所吉林长春130033

星载多模式差分吸收高光谱成像仪是一种新型空间大气探测仪器,要求同时具有天底、临边和掩日等多模式探测功能,主要用于二氧化硫、二氧化氮等大气痕量气体探测。提出了利用两个扫描镜切换不同探测模式、利用双光谱仪减小系统的光谱杂光... 详细信息

星载多模式差分吸收高光谱成像仪是一种新型空间大气探测仪器,要求同时具有天底、临边和掩日等多模式探测功能,主要用于二氧化硫、二氧化氮等大气痕量气体探测。提出了利用两个扫描镜切换不同探测模式、利用双光谱仪减小系统的光谱杂光,利用分色片将工作波段分成3个通道实现多模式高光谱分辨率探测的新方法,设计了一个多模式差分吸收高光谱成像仪光学系统,瞬时视场为1.8°×0.04°,系统F数为2,工作波段为250～500nm,分成250～310nm、300～410nm和400～500nm 3个通道。利用ZEMAX-EE软件进行优化设计和分析,其中250～310nm通道,光谱分辨率为0.12nm,满足光谱分辨率不大于0.4nm的指标要求;300～410nm和400～500nm通道,光谱分辨率分别为0.25nm和0.23nm,满足光谱分辨率不大于0.6nm的指标要求。多模式差分吸收高光谱成像仪在空间维方向的调制传递函数（MTF）在特征频率0.25lp/mm处达到0.98以上,能够满足空间多模式差分吸收高光谱大气探测的要求。

关键词：光学设计多模式差分吸收高光谱成像仪扫描镜