[发明专利]基于振转动拉曼谱探测大气温度的激光雷达装置

权利要求书

1.一种基于振转动拉曼谱探测大气温度的激光雷达装置，其特征在于：包括有发射系统、接收系统、后继光学系统和光电采集系统，所述的发射系统包括有激光器、扩束器和指向镜，所述的激光器发射激光后通过扩束器放大光束和压缩发散角，最后通过指向镜发射到大气中；所述接收系统包括有望远镜、孔径光阑和光纤，大气后向散射光通过望远镜收集后经孔径光阑，由光纤导入后继光学系统；所述的后继光学系统包括有准直透镜、分束镜、低阶信号滤光片和高阶信号滤光片，光纤的出射光通过准直透镜变成准平行光后由分束镜分成两路信号，一路通过低阶信号滤光片，一路通过高阶信号滤光片；所述的光电采集系统包含光电倍增管一、光电倍增管二和采集器，光电倍增管二和光电倍增管一分别放在低阶信号滤光片和高阶信号滤光片后侧，两路信号光通过光电倍增管一和二转换为电信号后由采集器采集保存下来。

2.根据权利要求1所述的基于振转动拉曼谱探测大气温度的激光雷达装置，其特征在于：所述的激光器为波长为λ₀的脉冲激光器，脉冲激光的脉宽为1-100ns之间，能量大于100mJ，重复频率大于20Hz，脉冲激光经过扩束镜后压缩发散角至小于0.2mrad，光斑直径大于50mm。

3.根据权利要求1所述的基于振转动拉曼谱探测大气温度的激光雷达装置，其特征在于：所述的望远镜采用近牛顿主焦点式望远镜，口径为300～500mm，镜面镀介质膜，孔径光阑口径为0.2-1.5mm可调，光纤的数值孔径0.22，通光口径1.5mm。

4.根据权利要求1所述的基于振转动拉曼谱探测大气温度的激光雷达装置，其特征在于：所述的后继光学系统把望远镜收集的后向散射光分成高阶Stokes和低阶Stokes的两路振转Raman谱线，低阶量子数的拉曼信号强度随温度增加而减弱，高阶量子数的拉曼信号强度随温度增加而加强，所采用的特征波长为λ_H和λ_L，λ_H为高阶振转Raman谱线波长，λ_L为低阶振转Raman谱线波长，特征波长与发射波长λ₀的关系如下：

λJ=21λ0-νib-[(4B0-6D0)(J+32)-8D0(J+32)3,j=0,1,2,3...,]]>(1)

式中B₀，D₀都是与氮气分子有关的常数，ν_vib是氮气分子振动拉曼频移参数。

5.根据权利要求1所述的基于振转动拉曼谱探测大气温度的激光雷达装置，其特征在于：所述的采集器为双通道光子计数卡。