為了研究氣體瑞利布里淵散射光譜,拓展瑞利布里淵激光雷達(dá)在大氣環(huán)境參數(shù)遙感上的應(yīng)用,分析了大氣瑞利散射和布里淵散射光譜重疊在一起的特性,在超凈間實(shí)驗(yàn)室搭建了一套氣體瑞利布里淵散射光譜實(shí)驗(yàn)系統(tǒng),使用高功率、窄線寬、頻率穩(wěn)定的激光發(fā)射系統(tǒng),接收端結(jié)合窄帶信號檢測技術(shù)獲取到了穩(wěn)定的側(cè)向散射光譜,通過對實(shí)驗(yàn)光譜數(shù)據(jù)進(jìn)行噪聲去除、分峰擬合、時(shí)頻轉(zhuǎn)換和疊加平均的數(shù)據(jù)處理過程,最終獲取到了高精度的氣體瑞利布里淵散射譜線。 

【文章來源】：激光雜志. 2020,41(05)北大核心

【文章頁數(shù)】：5 頁

【部分圖文】：

不同介質(zhì)中的瑞利布里淵散射譜示意圖

在超凈間實(shí)驗(yàn)室搭建了一套高精度氣體瑞利布里淵散射光譜實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，系統(tǒng)整體框圖如圖2所示�？紤]到實(shí)驗(yàn)裝置的目的是獲取高信噪比、高分辨率的散射光譜，對實(shí)時(shí)性的要求不是太高，因此，實(shí)驗(yàn)裝置從技術(shù)方案上采用連續(xù)激光作為光源，同時(shí)在光譜采集的時(shí)候采用了分辨率更高的掃描干涉儀的方案。整體系統(tǒng)分為激光發(fā)射系統(tǒng)、光路部分、散射氣室、散射光探測及數(shù)據(jù)處理分析等幾個(gè)部分。連續(xù)激光器輸出功率為5 W、波長為532 nm的窄線寬單頻綠光。在激光出射的光路上連續(xù)放置兩個(gè)分光鏡M1和M4，經(jīng)過分光鏡M1之后90%的激光作為主散射光路，透射過的10%的激光作為參考光路。參考光路經(jīng)分光鏡M4后90%光強(qiáng)作為參考光路主信號，剩余10%光強(qiáng)經(jīng)反射鏡M9后入射進(jìn)光譜儀的探頭，以便隨時(shí)監(jiān)測激光波長的漂移。

當(dāng)參考光或者主光路90°散射光從側(cè)方窗口出射時(shí)，需要對該出射光進(jìn)行準(zhǔn)直。與L1和L2’對應(yīng)，為使光路準(zhǔn)直，在距離窗口150 mm的位置放置聚焦透鏡L2(焦距150 mm)。透鏡L3(焦距50 mm)和針孔S1(孔徑10μm)組成的空間濾波器對散射光進(jìn)行空間濾波，同時(shí)在空間濾波器之后放置與透鏡L3耦合的聚焦透鏡L4(焦距50 mm)。準(zhǔn)直后的光經(jīng)反射鏡M6、M7和M8后將進(jìn)入法布里-珀羅(F-P)干涉儀[12]以實(shí)現(xiàn)對整個(gè)散射光譜的掃描獲取。進(jìn)入干涉儀之前的光首先經(jīng)過一個(gè)帶通濾波器(532±1 nm)濾出拉曼散射和其他噪聲。為了使入射進(jìn)干涉儀的光能夠?qū)崿F(xiàn)最大效率的耦合，需要在光路上放置與干涉儀配套的耦合透鏡LFP(焦距100 mm/150 mm)。干涉儀的腔長掃描通過改變壓電陶瓷(PZT)的供電電壓來實(shí)現(xiàn)。干涉儀之后放置一個(gè)光子計(jì)數(shù)的光電倍增管(PMT)接收每一個(gè)譜段的光子數(shù)[13]，隨后PMT將接收的光子數(shù)按照對應(yīng)比例轉(zhuǎn)換為一個(gè)個(gè)的脈沖信號輸出。實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)采集到的原始數(shù)據(jù)如圖3所示，橫軸表示時(shí)間，縱軸表示每個(gè)時(shí)間段內(nèi)接收的光子個(gè)數(shù)。其中，橫軸每個(gè)時(shí)間都對應(yīng)PZT的一個(gè)掃描電壓，該掃描電壓與干涉儀腔長相關(guān)，對應(yīng)某個(gè)光譜譜段。掃描電壓和干涉儀的腔長隨著時(shí)間的增加而發(fā)生改變，通過掃描干涉儀的光譜頻段也進(jìn)行周期性的變化，其變化周期為一個(gè)自由光譜范圍(FSR)。因此，需要對該原始數(shù)據(jù)進(jìn)行相應(yīng)處理，從連續(xù)的時(shí)間周期信號轉(zhuǎn)換為光譜信號。

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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博士論文
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本文編號：3359650