[发明专利]高灵敏度气体污染探测激光雷达系统

权利要求书

1.一种高灵敏度气体污染探测激光雷达系统，其特征在于，包括集成于一体的中红外可调谐窄线宽高能量激光器、波长及功率监测模块、光学收发模块、瞄准模块和数据处理模块：中红外可调谐窄线宽高能量激光器发射中红外激光，所述的中红外激光一部分经由波长及功率监测模块进行波长监测和功率监测，另一部分由光学收发模块出射至探测目标物，并通过瞄准模块对探测目标物进行瞄准，探测目标物将中红外激光反射回来的回波信号再经由光学收发模块接收，再传递至数据处理模块进行处理分析后得出污染气体浓度值；所述的波长及功率监测模块包括第一分光镜、第二分光镜、第一中红外探测器、气体吸收池和第二中红外探测器，第一分光镜将中红外可调谐窄线宽高能量激光器发射的中红外激光分为两束，一束向光学收发模块传递，另一束输出至第二分光镜，第二分光镜将光束分为两路，分别传输给第一中红外探测器和气体吸收池，气体吸收池后连接有第二中红外探测器，第一中红外探测器和第二中红外探测器可实现波长监测及功率监测。

2.根据权利要求1所述的高灵敏度气体污染探测激光雷达系统，其特征在于，所述光学收发模块包括扩束镜组、中红外反射镜、安装在扫描仓中的第一反射镜和第二反射镜、抛物面反射镜、次镜、光学接收探测单元，中红外反射镜与第一反射镜相互平行，实现垂直扫描；第一反射镜和第二反射镜相互平行，实现水平扫描；扩束镜组将所述中红外激光的发散角进行压缩后输出给中红外反射镜，中红外反射镜将经压缩后的中红外激光垂直反射到第一反射镜后，第一反射镜再水平反射至第二反射镜，第二反射镜最后将中红外激光反射至探测目标物；探测目标物反射回来的回波信号按原路返回后，再依次经由抛物面反射镜、次镜传输至光学接收探测单元。

3.根据权利要求2所述的高灵敏度气体污染探测激光雷达系统，其特征在于，所述的光学接收探测单元包括沿光路依次设置的小孔光阑、第一准直透镜、窄带滤波片、聚焦透镜、第二准直透镜和中红外单光子探测器，所述回波信号由视场光阑控制接收视场角后，经第一准直透镜后插入窄带滤波片剔除背景噪声，再经聚焦透镜和第二准直透镜后由单光子探测器对所述回波信号进行探测。

4.根据权利要求2所述的高灵敏度气体污染探测激光雷达系统，其特征在于，所述扩束镜组将所述中红外激光的发散角压缩至0.2mrad后输出给中红外反射镜。

5.根据权利要求2所述的高灵敏度气体污染探测激光雷达系统，其特征在于，所述垂直扫描范围为0～90°，水平扫描范围为0～360°。

6.根据权利要求2所述的高灵敏度气体污染探测激光雷达系统，其特征在于，所述抛物面反射镜为牛反式望远镜或卡塞格林式望远镜。

7.根据权利要求6所述的高灵敏度气体污染探测激光雷达系统，其特征在于，所述抛物面反射镜采用通光孔径为300mm的牛反式望远镜。

8.根据权利要求1-7任意一项所述的高灵敏度气体污染探测激光雷达系统，其特征在于，所述中红外可调谐窄线宽高能量激光器可发射重复频率100-1000Hz、脉宽小于20ns、能量高于1mJ、线宽小于千兆赫兹的可调谐波长激光。

9.根据权利要求1-7任意一项所述的高灵敏度气体污染探测激光雷达系统，其特征在于，所述的气体吸收池充入的气体为NO₂。

10.根据权利要求1-7任意一项所述的高灵敏度气体污染探测激光雷达系统，其特征在于，所述瞄准模块包括与扫描仓平行的CCD，其平行度优于30″。