氦是熱層和外逸層中最主要的大氣元素之一,氦密度的探測對人類理解熱層和外逸層環(huán)境具有非常重要的作用。本論文從探測熱層亞穩(wěn)態(tài)氦原子的科學意義和氦激光雷達的研究歷程出發(fā),詳細介紹熱層氦激光雷達的探測原理和共振熒光激光雷達方程,其中包括氦原子能級結構、亞穩(wěn)態(tài)氦輻射線的特性、熱層亞穩(wěn)態(tài)氦密度模型、晨昏時太陽光背景強度和有效后向散射截面等。氦激光雷達系統(tǒng)目標是實現(xiàn)200至1000公里范圍內(nèi)大氣中亞穩(wěn)態(tài)氦原子密度的測量,為了滿足這一探測指標,本文根據(jù)調研出的滿足系統(tǒng)參數(shù)要求的設備,設計氦密度激光雷達系統(tǒng)參數(shù)（包括60 W連續(xù)激光發(fā)射系統(tǒng)、由6個直徑為1米的望遠鏡組成的望遠鏡陣列、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)）,采用計算機模擬和理論分析的方法,在不同積分時間和不同亞穩(wěn)態(tài)氦原子密度的條件下,對比分析系統(tǒng)接收光子數(shù)隨距離變化關系,對系統(tǒng)的性能進行評估,獲得信噪比曲線。評估結果顯示,在積分時間為5 min,當He（23S）密度最低時,300-600 km高度范圍內(nèi),系統(tǒng)信噪比大于20,當He（23S）密度最高時,400km以上高度范圍內(nèi),系統(tǒng)信噪比大于100,驗證了該激光雷達系統(tǒng)的可行性。在氦雷達系統(tǒng)的發(fā)射機部分,采用10... 

【文章來源】：中國科學技術大學安徽省 211工程院校 985工程院校

【文章頁數(shù)】：73 頁

【學位級別】：碩士

【文章目錄】：
摘要
Abstract
第1章 緒論
    1.1 高層大氣探測的背景和意義
        1.1.1 激光雷達的探測高度
        1.1.2 熱層原子密度的探測意義
        1.1.3 國內(nèi)外氦激光雷達的研究現(xiàn)狀
    1.2 本文的內(nèi)容結構
第2章 氦共振熒光激光雷達的基本原理
    2.1 氦原子的能級結構和躍遷譜線
    2.2 共振熒光激光雷達方程
        2.2.1 熱層亞穩(wěn)態(tài)氦原子密度分布
        2.2.2 有效后向散射截面
        2.2.3 大氣透過率的計算
        2.2.4 太陽光輻射強度
第3章 氦激光雷達系統(tǒng)方案設計和性能分析
    3.1 氦激光雷達系統(tǒng)的方案設計
        3.1.1 激光發(fā)射系統(tǒng)
        3.1.2 光學接收系統(tǒng)
        3.1.3 數(shù)據(jù)采集和控制系統(tǒng)
    3.2 氦激光雷達系統(tǒng)的性能分析
第4章 調制轉移光譜穩(wěn)頻實驗
    4.1 常用的激光穩(wěn)頻的方法
    4.2 基于EOM的調制轉移光譜穩(wěn)頻實驗
        4.2.1 亞穩(wěn)態(tài)氦原子的產(chǎn)生
        4.2.2 飽和吸收譜的測量
        4.2.3 調制轉移光譜法穩(wěn)頻
第5章 本文的主要結論和展望
    5.1 總結與結論
    5.2 研究工作展望
參考文獻
致謝
在讀期間發(fā)表的學術論文與取得的其他研究成果


【參考文獻】：
期刊論文
[1]熱層氦激光雷達系統(tǒng)參數(shù)設計和性能分析[J]. 蔡云云,孫東松,薛向輝,鄭俊,蘭家欣,李梓霂,張楠楠,竇賢康.  中國激光. 2017(09)
[2]薄銣汽室飽和吸收光譜的研究[J]. 荊彥鋒,閆樹斌,秦麗,任小紅.  激光與紅外. 2010(07)
[3]亞穩(wěn)態(tài)氪原子飽和吸收光譜無調制激光穩(wěn)頻[J]. 吳仡,蔣蔚,程存峰,孫羽,成國勝,胡水明.  量子電子學報. 2009(01)
[4]銫飽和吸收光譜裝置的簡化設計及譜線的觀測[J]. 常宏,李利平,張俊香.  量子光學學報. 2001(03)
[5]介紹泡利和泡利不相容原理[J]. 郭保章.  化學教育. 1990(01)

博士論文
[1]中高層大氣測溫測風激光雷達研制及重力波觀測[D]. 韓於利.中國科學技術大學 2016
[2]氦原子23P1-23P2精細結構的精密光譜[D]. 馮高平.中國科學技術大學 2014

碩士論文
[1]DFB激光器倍頻與調制轉移光譜鎖頻[D]. 劉志恒.浙江大學 2013



本文編號：3151188