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作者：程学武中国科学院研究生院（武汉物理与数学研究所）

学位级别：硕士

对30～110公里高空大气层段的探测研究，在空间物理和大气科学中有着重要地位，对许多高技术和国防应用也有重要意义。长期以来，由于缺乏有效的探测手段，使得对这一高空层段的研究非常落后。瑞利散射和钠层荧光高空探测激光雷达的出... 详细信息

对30～110公里高空大气层段的探测研究，在空间物理和大气科学中有着重要地位，对许多高技术和国防应用也有重要意义。长期以来，由于缺乏有效的探测手段，使得对这一高空层段的研究非常落后。瑞利散射和钠层荧光高空探测激光雷达的出现，使这一局面大为改观。上世纪80年代以来，世界上不少发达国家相继建立了这两类高空探测激光雷达手段，并对其各自上空的该层段进行了许多探测研究。我们于1996年在国内率先研制成功了瑞利散射和钠共振荧光两种的高空探测激光雷达，为我国中高层大气的观测提供了大量数据，并获得到了许多重要观测结果。但由于这两种激光雷达的发射和接收的波长及其探测机制不同，因此两者不能同时工作，每次只能运行在一种激光雷达状态，即要么探测30～80km的中层大气，要么探测80～110km的高空钠层，造成了探测数据在空间和时间上的不连续。为了达到同时探测30km到110km宽范围的高空大气的目的，我们对原有的激光雷达系统进行了技术升级改造，使之成为一种具有同时探测中层大气和中层顶钠层能力的多功能激光雷达，并称之为双波长高空探测激光雷达。双波长高空探测激光雷达的研制成功，为中高层大气的宽范围连续性观测提供了有效手段，但是，由于高空探测激光雷达探测的是30公里以上高度段的大气散射回波信号，其信号微弱到必须使用光子计数的方法才能检测，而且信号微弱到在通常约1us的采样时间内，能收到1个回波光子的几率不超过10％。因此，白天的太阳光对高空探测激光雷达是一种严重的背景光干扰，这就使得绝大多数高空探测激光雷达只能在夜间工作，这种间断性观测对高层大气的连续变化特性，特别是潮汐波活动等，显然是不利的。为此，我们在上述双波长高空探测激光雷达的基础上，又通过采用钠原子滤光器技术，实现了钠层荧光激光雷达通道的白天和夜间的连续观测技术，并已初步获得了近50小时的连续钠层荧光观测。本论文工作即主要包括上述两部分内容：双波长高空探测激光雷达技术和钠层荧光激光雷达的白天观测技术。双波长高空探测激光雷达是我们提出的技术方案，已获国家发明专利(No：ZL 00 115964.X)。该技术方案通过采用两次倍频余光复用，双光纤焦面分光和高空收发联调等关键技术，将原来只能交替工作的瑞利散射和钠层荧光两种工作机制融入一台激光雷达中，从而实现了利用一台激光雷达对30～110公里高空的连通性探测。第一个主要内容是论述双波长高空探测激光雷达关键技术的实现和所达到的效果。钠层荧光激光雷达的白天观测是跟踪国际先进技术的工作。就我们所知，目前成功运行钠层荧光激光雷达白天工作的只有美国科罗拉多州立大学的激光雷达组，所用的关键技术是通过钠原子滤光器实现对白天太阳背景光的有效抑制。我们也通过采用类似的钠原子滤光器技术实现了本双波长激光雷达钠层荧光通道的白天观测。本论文的第二个主要内容即论述了钠原子滤光器的原理、研制和它在钠层荧光激光雷达接收系统中的成功应用，并给出了钠层荧光通道初步的白天观测结果。

关键词：双波长激光雷达白天观测原子滤光高空探测瑞利散射钠层荧光

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双波长高空探测激光雷达技术

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中国激光 2006年第5期33卷 601-606页

作者：程学武宋娟李发泉戴阳龚顺生中国科学院武汉物理与数学研究所

在原有瑞利散射和钠层荧光激光雷达的基础上，通过采用二次倍频余光复用和双光纤焦面分光等关键技术，将上述两种高空探测机制融入一台激光雷达中，实现了对30～80km瑞利散射和80～110km钠层荧光回波的同时探测，从而达到了利用一台激... 详细信息

在原有瑞利散射和钠层荧光激光雷达的基础上，通过采用二次倍频余光复用和双光纤焦面分光等关键技术，将上述两种高空探测机制融入一台激光雷达中，实现了对30～80km瑞利散射和80～110km钠层荧光回波的同时探测，从而达到了利用一台激光雷达对30-110km这一宽广的大气段进行连通性探测的目的，为中高层大气的探测研究提供了一种更为有效的手段。主要报道双波长高空探测激光雷达的基本原理、关键技术及目前所达到的探测性能。

关键词：激光技术双波长激光雷达瑞利散射钠层荧光二次倍频余光复用双光纤焦面分光

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采用原子滤光的激光雷达白天探测技术

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中国激光 2007年第3期34卷 406-410页

作者：程学武龚顺生李发泉戴阳宋娟王嘉珉李奉延中国科学院武汉物理与数学研究所波谱与原子分子物理国家重点实验室湖北武汉430071

在已有的双波长高空探测激光雷达的基础上,通过采用钠原子滤光器技术以及配合相应的关键技术,使得其中的钠层荧光通道具有了白天探测能力。由于钠原子滤光器极窄的滤光带宽和极强的带外抑制,使得即使在中午太阳背景光最强的时段,也能以... 详细信息

在已有的双波长高空探测激光雷达的基础上,通过采用钠原子滤光器技术以及配合相应的关键技术,使得其中的钠层荧光通道具有了白天探测能力。由于钠原子滤光器极窄的滤光带宽和极强的带外抑制,使得即使在中午太阳背景光最强的时段,也能以光子计数方式探测到80～110 km高空钠层的微弱回波信号。实验观测结果表明,该技术已具备了对高空钠层的全时段探测能力,从而使利用激光雷达对我国高层大气进行24 h连续探测研究成为可能。

关键词：激光技术激光雷达白天探测钠层荧光原子滤光原子稳频光学定位雷达

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武汉高空钠层的激光雷达24h连续观测

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中国科学：G辑 2007年第2期37卷 196-201页

作者：程学武龚顺生李发泉戴阳宋娟王嘉珉李奉延中国科学院武汉物理与数学研究所波谱与原子分子物理国家重点实验室武汉430071

在原有的双波长高空探测激光雷达基础上,通过采用钠原子Faraday滤光器技术以及配合其他相关技术措施,在国内首次实现了对高空钠层的24h连续观测,从而为开展对高空钠层及相关高层大气特性的连续性观测研究提供了有效手段.近50h的初步连... 详细信息

在原有的双波长高空探测激光雷达基础上,通过采用钠原子Faraday滤光器技术以及配合其他相关技术措施,在国内首次实现了对高空钠层的24h连续观测,从而为开展对高空钠层及相关高层大气特性的连续性观测研究提供了有效手段.近50h的初步连续观测结果表明,高空钠层白天的柱密度较夜间略有增加,观测到一个白天钠层突发现象,并初步比较了它与已观测到的大量夜间钠层突发现象的异同.

关键词：激光雷达 24h连续观测钠层荧光原子滤光器

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子午工程延庆站激光雷达钠层全天时观测初步结果

子午工程延庆站激光雷达钠层全天时观测初步结果

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国防光电子论坛第二届激光雷达成像探测技术及应用研讨会

作者：王继红夏媛熊俊杜丽芳王泽龙程学武田大伟杨勇林鑫杨国韬李发泉中国科学院空间科学与应用研究中心空间天气学国家重点实验室中国科学院大学

高空钠层荧光激光雷达的全天时探测,其核心技术在于超窄带、超稳定的原子滤光技术。本文报道钠原子滤光器经过技术改进,并成功应用到子午工程北京延庆站钠层荧光激光雷达接收系统中。经过一年多的全天时钠层观测,获得了国内最好的钠层... 详细信息

高空钠层荧光激光雷达的全天时探测,其核心技术在于超窄带、超稳定的原子滤光技术。本文报道钠原子滤光器经过技术改进,并成功应用到子午工程北京延庆站钠层荧光激光雷达接收系统中。经过一年多的全天时钠层观测,获得了国内最好的钠层全天时观测结果,即使是白天中午12点,钠层单个(1000个脉冲)原始回波信号依然非常明显,信噪比超过3以上,并且获得了不少连续3天以上不间断观测的结果,为我国钠层的大气科学研究提供科学有效数据。

关键词：激光雷达全天时探测钠层荧光原子滤光光学定位雷达

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双波长高空探测激光雷达及白天观测技术

双波长高空探测激光雷达及白天观测技术

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中国空间科学学会空间探测专业委员会第十九次学术会议

作者：龚顺生程学武李发泉戴阳宋娟王嘉珉李奉延中国科学院武汉物理与数学研究所波谱与原子分子物理国家重点实验室中国科学院武汉物理与数学研究所波谱与原子分子物理国家重点实验室中国科学院武汉物理与数学研究所波谱与原子分子物理国家重点实验室中国科学院武汉物理与数学研究所波谱与原子分子物理国家重点实验室中国科学院武汉物理与数学研究所波谱与原子分子物理国家重点实验室中国科学院武汉物理与数学研究所波谱与原子分子物理国家重点实验室中国科学院武汉物理与数学研究所波谱与原子分子物理国家重点实验室

通过采用双波长技术,将瑞利散射和钠层荧光两种工作机制融入一台激光雷达中, 实现了对30-110公里宽广大气范围的全程夜间探测能力;通过采用钠原子法拉第滤光器技术,以及配合其它相关技术措施,在国内首次实现了对高空钠层的24小时连续观... 详细信息

通过采用双波长技术,将瑞利散射和钠层荧光两种工作机制融入一台激光雷达中, 实现了对30-110公里宽广大气范围的全程夜间探测能力;通过采用钠原子法拉第滤光器技术,以及配合其它相关技术措施,在国内首次实现了对高空钠层的24小时连续观测, 可实现对30-50公里和80～110公里两个高度段的白天探测能力,从而为开展对高空钠层及相关高层大气特性的连续性观测研究提供了有效手段。近50小时连续的钠层荧光白天观测结果表明,高空钠层白天的柱密度较夜间略有增加,观测到一个白天钠层突发现象并与夜间钠层突发现象进行了比较。

关键词：双波长高空探测激光雷达白天观测钠层荧光原子滤光器

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