[实用新型]一种NO2浓度分布探测的装置

说明书

技术领域

本实用新型属于激光光谱技术应用领域，具体涉及一种NO₂浓度分布探测的装置。

背景技术

激光雷达(Light Detection and Ranging，Lidar)技术是一种主动式光学遥感探测技术，其在高度/空间分辨率、探测灵敏度、抗干扰能力、以及实时监测等方面具有独特的优势。自激光器问世以来，欧美国家就开始将激光雷达技术应用于大气环境监测中。差分吸收激光雷达(DIAL)技术是激光雷达技术中的一种特殊形式。DIAL技术针对不同气体的吸收谱线，由大型脉冲式激光器依次向大气中发射不同波长的激光脉冲(一束波长位于待测气体吸收强度大的位置比如吸收峰，记为λ_on；另外一束波长位于待测气体吸收强度小的位置比如吸收谷，记为λ_off)，并探测、分析其后向散射信号从而获得待测气体在大气中的浓度分布。当前，主流的DIAL技术主要依赖于向大气中发射纳秒量级的光脉冲，并通过时间分辨的方式探测不同距离上的后向散射信号，从而最终实现了大气气体(如NO₂)的浓度探测。DIAL技术由于具备距离分辨能力而具有独特的优势。利用脉冲式差分吸收激光雷达技术探测大气污染气体时，系统对光源的要求苛刻，需要可调谐双波长、高脉冲能量、窄线宽且稳定性好的纳秒量级(10-100ns)脉冲光源，这正是该领域困扰国际学术界的主要难题和当前国际研究的热点，也是限制其商业化应用的最主要原因。

在先技术[1](Ryoichi Toriumi,Hideo Tai,Nobuo Takeuchi,“Tunable solid-state blue laser differentialabsorption lidar system for NO₂ monitoring,”Opt.Eng.35(8)2371–2375,1996)中，由Nd:YAG激光器泵浦Ti:Sapphire激光器并采用和频的方式产生450nm附近的可调谐脉冲式激光输出。发射到大气中的激光脉冲，通过接收望远镜收集、并由光电倍增管探测距离分辨的后向散射信号。最终通过差分吸收光谱分析法进行数据分析，获得了大气中NO₂的浓度分布。在该技术中，不同距离上的大气激光雷达信号是通过光脉冲返回激光接收装置或探测器的时间来解析的。该方法光源、光电探测结构复杂、稳定性差、成本高昂，难以实际应用。

在先技术[2](Shunxing Hu,et.al.,“A new differential absorption lidar for NO₂measurements uing Raman-shifted technique,”Chinese Optics Letters 1(8)435-437,2003)中，采用Nd:YAG激光器分别泵浦D₂和CH₄气体池的方式，产生395.60nm和396.82nm脉冲激光输出，并采用类似于先技术[1]的方式进行信号探测，最终实现了大气中NO₂浓度分布的探测。但是，该方法依然存在光源、光电探测结构复杂、稳定性差、成本高昂，难以实际应用的问题。

实用新型内容

本实用新型提供一种NO₂浓度分布探测的装置和方法，有效克服背景技术中NO₂浓度分布探测所面临的光源、光电探测结构复杂、稳定性差、成本高昂，难以实际应用等瓶颈问题。

本实用新型的技术方案：

一种NO₂浓度分布探测的装置，其特征在于，该装置包括第一激光器、第二激光器、半波片、偏振分光镜、激光发射装置、激光接收装置、带通滤光片和图像传感器，第一激光器和第二激光器垂直90度放置，第二激光器通过半波片使第二激光器的发射激光光束的偏振态旋转90度，第一激光器和第二激光器的发射激光光束的偏振态为垂直方向；第一激光器和第二激光器发出的激光光束经由45度放置的偏振分光镜合成一束光束，再由激光发射装置准直后发射到大气中。

发射到大气中的激光光束的后向散射信号经由激光接收装置收集，经过带通滤光片滤除大气背景信号后，成像到一个倾斜放置的图像传感器上；在满足沙氏成像原理的条件下，图像传感器对发射到大气中的激光光束进行清晰成像，不同的像素对应着不同距离上激光光束成像，实现对大气的后向散射信号强度的距离分辨探测。