【摘要】：溫度作為大氣狀態(tài)的基本物理參量之一,其全天時和高精度探測方法研究將提高為生產(chǎn)和生活服務(wù)的能力,例如為提高天氣預(yù)報的準(zhǔn)確率、改善環(huán)境污染、研究溫室效應(yīng)對策與利用氣象資源及制定經(jīng)濟(jì)政策等提供可靠的技術(shù)支撐。作為一種具有高時空分辨率和高探測靈敏度的主動遙感探測技術(shù),激光雷達(dá)已被廣泛用于大氣溫度探測,特別是在探測低層溫度廓線時,由于高光譜激光雷達(dá)具有高的光譜分辨能力,結(jié)合較強(qiáng)的瑞利散射回波信號強(qiáng)度,易獲得高的信噪比,具備全天時探測能力。目前,基于瑞利散射的高光譜測溫激光雷達(dá)探測大氣溫度主要集中于相對探測,即溫度反演需要響應(yīng)函數(shù)和校準(zhǔn)程序。為實(shí)現(xiàn)大氣溫度的絕對探測,本文設(shè)計了以電光晶體作為法布里-珀羅干涉腔,通過改變調(diào)制電壓連續(xù)改變腔尺寸,實(shí)現(xiàn)諧振頻率的改變,并結(jié)合瑞利散射譜特征,優(yōu)化設(shè)計掃描式固體腔F-P干涉儀。該器件設(shè)計參數(shù)為:自由光譜區(qū)11GHz、固體腔幾何長度8.5mm、腔體介質(zhì)KD*P、半高全寬150MHz、腔體反射率96%、電壓掃描間隔15.5V。通過掃描式固體腔F-P干涉儀獲取瑞利散射譜上離散,點(diǎn)信息,采用多項式插值方法獲得擬合譜形,通過標(biāo)準(zhǔn)大氣模型和S6模型獲得的理論譜形進(jìn)行比對,大氣溫度探測不確定度2.8K。為優(yōu)化掃描式固體腔F-P干涉儀的動態(tài)濾波性能,首先利用數(shù)字全息干涉術(shù)測量電光晶體的折射率與調(diào)制電壓的關(guān)系。通過對實(shí)驗數(shù)據(jù)與理論調(diào)制度的對比,兩者具有良好的一致性。為驗證試制的掃描式固體腔F-P干涉儀動態(tài)濾波性能,確認(rèn)是否滿足設(shè)計要求,首先分析了腔體端面缺陷對透射譜的影響,通過實(shí)驗測量了干涉儀的透射譜線,進(jìn)而確定濾波性能。實(shí)驗中利用籠式結(jié)構(gòu)搭建了測試光路,同時對固體腔實(shí)現(xiàn)精度為0.02℃的溫度控制,最終測得掃描式固體腔F-P干涉儀的諧振波長為354.72913 nm,半高全寬為386MHz,與設(shè)計參數(shù)具有良好的一致性。結(jié)果表明,該器件可實(shí)現(xiàn)瑞利譜形的精細(xì)探測,并對同類高光譜激光雷達(dá)分光系統(tǒng)研究具有借鑒意義,并為我國高光譜激光雷達(dá)陸基及星載應(yīng)用提供了一套可行的分光系統(tǒng)解決方案。
【學(xué)位授予單位】：西安理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TH744.3

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2742122