[发明专利]气象观测激光雷达用接收光系统

说明书

本发明提供一种气象观测激光雷达用接收光系统，其以不使用衍射光栅的方式将UVC区域(波长200～280nm)的激光向空中照射，能够高精度地观测所产生的散射光。该气象观测激光雷达用接收光系统是向空中照射UVC区域的特定波长的激光并观测所产生的散射光的气象观测激光雷达用接收光系统，该气象观测激光雷达用接收光系统具备：反射部，其使入射的光向规定的方向反射；以及分光部，其从由所述反射部入射的光中对特定的波长进行分光，所述分光部具备干涉滤波器。

技术领域

本发明涉及气象观测激光雷达用接收光系统。

背景技术

近年来，局部暴雨等异常气象持续发生，期望提高气象预测的精度而在早期阶段预测异常气象的发生，采取对策。已知为了提高气象预测精度，除了地表的各种气象要素的观测、利用雷达的上空的观测以外，观测大气边界层内的气温、水蒸气浓度、风向/风速的垂直分布，将该数据投入到气象预报模型中进行计算是有效的。

作为测量上空的气温、水蒸气浓度、风向/风速的垂直分布的手段而已知有气象观测激光雷达。测量风向/风速的激光雷达作为多普勒激光雷达而被产品化，在风力发电站的建设时用于进行风况调查等。测量水蒸气浓度分布的激光雷达有两种方式，一种是差分吸收方式(DIAL：Differential Absorption Lidar，差分吸收激光雷达)，另一种是拉曼方式。

差分吸收方式将两个接近的波长的激光向上空射出。第一个波长是水蒸气的吸收较小的波长(λoff波长)，第二个波长是水蒸气的吸收较大的波长(λon波长)。此时，在地上观测被上空的气溶胶等弹性散射掉的光，比较两个波长的光的每个高度的衰减率，来测量水蒸气浓度。在该方法中，需要非常精密地控制两个波长，需要1pm以下的波长稳定度。

拉曼方式是使激光射到上空，在地上检测被上空的水蒸气(H₂O)分子、氮(N₂)分子拉曼散射掉的光，由这两个散射光的强度比测定H₂O浓度，测量水蒸气浓度分布的方式。拉曼散射光的强度非常弱，高精度地对其进行检测是重要的。

拉曼方式的研究开发中使用的激光一般使用YAG激光的高次谐波，一般使用波长355nm。在使用355nm的波长时，基于水蒸气(H₂O)分子、氮(N₂)分子的拉曼散射光波长分别为387nm、405nm，在检测该波长的光时，在白天，太阳光混合而成为噪声，高精度地检测拉曼散射光非常困难。因此，使用该波长的水蒸气浓度测量通常限于夜间。气温测量用拉曼激光雷达也一般使用波长355nm的激光，但同样地太阳光成为噪声，在白天无法高精度地进行测定。

作为消除白天的太阳光的影响、在昼夜高精度地进行测量的方法，有使用了作为处于UVC区域(紫外线C(Ultraviolet C)，波长200～280nm)的YAG激光的4倍波的、波长266nm的拉曼激光雷达(参照下述非专利文献1)。在使用该波长的激光时，基于大气中的氧气(O₂)分子、氮(N₂)分子、水蒸气(H₂O)分子的拉曼散射光的波长分别为278nm、284nm、295nm。波长300nm以下的太阳光被上空的臭氧层(高度10～50km)吸收，几乎无法到达地表，太阳光难以成为噪声。

另外，在这样的气象观测激光雷达中的光检测器中，使用多色仪方式的检测器(例如，参照专利文献1)。在这样的多色仪方式的检测器中，透过了反射部的光入射，透过了反射部的光在反射镜反射而到达分光部。分光部由衍射光栅(grating)构成，按照波长对入射的光进行分光(波长分解)，并经由反射镜引导至受光部上。即，入射到分光部的光根据波长而到达受光部的不同位置的机制。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2015-105885号公报