海洋剖面双波长偏振光学参数观测仪制造技术

一种机载海洋剖面双波长偏振光学参数观测系统，基本原理是利用一个固体激光器同时产生518.4nm和486.1nm两种波段的脉冲线偏振激光分别对近岸水体和大洋水体实现偏振观测以及对于同一种水体的互补观测。本发明专利技术的特点是利用同一固体激光器同时产生518.4nm和486.1nm两种脉冲光。486.1nm和518.4nm激光均与夫琅和费暗线匹配，可有效减少环境光噪声，提高白天观测时的信噪比。同时518.4nm激光接近近岸水最佳穿透波长，而486.1nm激光接近大洋水水体最佳穿透波长，因而本系统可兼顾近岸水体和大洋水体，实现海表波浪、海水双波长剖面偏振光学衰减系数、海底双波长偏振反射率参数的观测。

Dual-wavelength Polarized Optical Parameter Observing Instrument for Ocean Profile

A dual-wavelength polarization optical parameter observation system for Airborne Ocean profiles is presented. The basic principle is to use a solid-state laser to generate both 518.4 and 486.1 nm pulsed linear polarization lasers to realize polarization observation for coastal and ocean water bodies respectively and to complement observation for the same water body. The invention is characterized in that two kinds of pulsed light, 518.4 nm and 486.1 nm, are generated simultaneously by the same solid-state laser. Both 486.1 and 518.4 nm lasers are matched with Fraunhofer dark lines, which can effectively reduce ambient light noise and improve signal-to-noise ratio during daytime observation. At the same time, 518.4 nm laser is close to the optimal penetration wavelength of coastal water, while 486.1 nm laser is close to the optimal penetration wavelength of ocean water. Therefore, this system can take into account both coastal water and ocean water, and realize the observation of polarization optical attenuation coefficient of sea surface wave, double wavelength profile and polarization reflectance parameters of sea bottom.

【技术实现步骤摘要】
海洋剖面双波长偏振光学参数观测仪
本专利技术涉及海洋剖面参数观测仪系统，特别是一种海洋剖面双波长偏振光学参数观测仪系统，该观测仪具备518.4nm和486.1nm两种波段的激光，两种波段激光光谱宽度小于0.1nm，均在夫琅和费暗线光谱范围内，环境光噪声较小，可以有效提高白天观测时的信噪比。该技术可以用于研究海洋的光学传输，海底地质分类，海面波浪谱等，为海洋物理、海洋生物和海洋环境等海洋科学研究提供基础数据。
技术介绍
传统的投放式海洋剖面光学参数观测仪获取的数据少并且受到船速等的影响不能快速大面积获取海洋剖面光学参数；传统的被动光学遥感观测方法在获取海洋水体的光学参数时，只能获得海洋表面和水体的积分结果，不能实现剖面分辨；由于海洋水体的高动态变化性，不同区域水体含有不同的水体成分，同一区域在不同时间同样具有不同的水体成分，这些成分的不同导致水体的光学性质发生变化，因此，需要针对不同类型水体采用不同的探测波长，传统的单一波长激光雷达无法满足这种需求。已有的主动光学遥感探测设备只采用一个532nm波长的激光，适合近岸水体观测；对于更加清洁的大洋水体，最佳透射波长在490nm附近，不能达到最佳的透过率和观测能力，限制了这种设备在海洋水体观测时的适应能力。海洋观测时需要设备具有较大的接收视场角，传统的532nm波长激光在应用时由于太阳背景光强，因而环境光噪声较大，不利于白天对海洋的观测。单个波长的观测，仅能获取水体成分的浓度剖面信息，而水体中不同粒径的悬浮粒子对不同波段的光谱响应不同，因而无法获取更加重要的水体悬浮粒子的粒径信息和分类信息。
技术实现思路
本专利技术提出一种具有两个海水穿透波长激光的海洋剖面光学参数观测技术，两个波长的激光由同一个激光器发出，并由同一个光学系统接收，接收光路和发射光路实现了收发同轴。两个波长的激光中，一个波长的激光符合近岸水域的最佳透过波长，另一个波长的激光符合清洁大洋水域的最佳透过波长，该仪器一方面提升了仪器对不同水质参数的海域观测的适应能力，另一方面，能够同时获得两个波长的剖面光学参数，通过两个波长的剖面光学参数可以反演出海水中颗粒物的粒径和分类信息，为近海无机物和有机物分类、以及大洋浮游植物种群分类提供必要的信息。该技术能够克服不同水质对激光入射时的影响，形成互补，达到最佳穿透探测能力。本专利技术所涉及的两个波长的激光均匹配太阳夫琅和费暗线，具有较低的背景光噪声，可以提高系统在白天工作时的观测信噪比。本专利技术的工作原理：线偏振激光在海洋水体中传输时，由于水体中的悬浮颗粒物、浮游生物以及水底底质等的散射和吸收等影响，会使入射光发生退偏，其退偏程度与入射光的波长、悬浮粒子的粒径以及悬浮粒子的种类等都有影响，利用一束线偏振度极高的线偏振光入射至水体，通过回波光的退偏程度可反演出入射水体悬浮粒子的粒径和分类以及水底底质的分类等信息。本系统所使用的激光器经OPO过程同时输出486.1nm和518.4nm两个波段的激光，激光光谱宽度小于0.1nm，该两个波段由于和夫琅和费暗线重合，具有较小的环境光噪声，因而利用该两波段进行探测时能够有效提高系统的探测信噪比，提高系统在白天工作时的探测能力。同时486.1nm波段与清洁大洋水的最佳透射波长接近，具有更小的海水衰减系数，能够探测更深的水域；518.4nm波段与近岸水最佳透射波长接近，能够有效获取近岸水体的水体散射、颗粒物退偏以及近岸海底物质分类等信息。利用两个波段相互配合，可有效克服不同水质对入射光的穿透能力的影响，实现最佳的探测，同时可获取水体悬浮颗粒物的粒径、海底底质的分类等信息。本专利技术的技术解决方案如下：一种机载海洋剖面双波长偏振光学参数观测仪系统，其特征在于：包括激光器、准直扩束镜组、转折发射镜组、接收望远镜、准直镜、光谱分光片、第一滤光片、第二滤光片、第一偏振分束器、第二偏振分束器以及第一偏振探测通道、第二偏振探测通道、第三偏振探测通道、第四偏振探测通道、第一会聚透镜、第二会聚透镜、第三会聚透镜和第四会聚透镜。上述元器件的连接关系如下：所述的激光器产生脉冲激光经所述的准直扩束镜组实现准直扩束后，到达转折发射镜组，经转折发射镜组反射后，到达探测目标；经探测目标反射的回波光信号被所述的卡式望远镜接收后，入射到准直镜，经准直后的回波光束经光谱分光片分为反射光束和透射光束，所述的反射光束经所述的第一滤光片滤光后入射到所述的第一偏振分束器，经该第一偏振分束器分成两路正交的偏振光束，其中，第一垂直偏振光束经第一会聚透镜入射到所述的第一偏振探测通道，第一平行偏振光束经第二会聚透镜入射到所述的第二偏振探测通道；所述的透射光束经第二滤光片滤光后入射到所述的第二偏振分束器，经该第二偏振分束器分成两路正交的偏振光束，其中，第二平行偏振光束经第三会聚透镜入射到所述的第三偏振探测通道，第二垂直偏振光束经第四会聚透镜入射到所述的第四偏振探测通道。所述的激光器经OPO过程可同时产生518.4nm和486.1nm两种波长的激光，两种波长的光谱宽度小于0.1nm。所述的接收望远镜为卡塞格林式望远镜，口径200mm，接收视场角20mrad。所述的第一偏振分束器为486nm偏振分束器，第二偏振分束器为518nm偏振分束器。所述的第一滤光片和第二滤光片的带宽为0.2nm。所述的第一偏振探测通道、第二偏振探测通道、第三偏振探测通道和第四偏振探测通道的探测器均为PMT探测器。上述海洋剖面双波长偏振光学参数观测仪系统的探测步骤如下：①所述的激光器产生脉冲激光经所述的准直扩束镜组实现准直扩束后，到达转折发射镜组，经转折发射镜组反射后，到达探测目标；经探测目标反射的回波光信号被所述的卡式望远镜接收后，入射到准直镜，经准直后的回波光束经光谱分光片分为反射光束和透射光束，所述的反射光束经所述的第一滤光片滤光后入射到所述的第一偏振分束器，经该第一偏振分束器分成两路正交的偏振光束，其中，第一垂直偏振光束经第一会聚透镜入射到所述的第一偏振探测通道，第一平行偏振光束经第二会聚透镜入射到所述的第二偏振探测通道；所述的透射光束经第二滤光片滤光后入射到所述的第二偏振分束器，经该第二偏振分束器分成两路正交的偏振光束，其中，第二平行偏振光束经第三会聚透镜入射到所述的第三偏振探测通道，第二垂直偏振光束经第四会聚透镜入射到所述的第四偏振探测通道。②所述的第一偏振探测通道、第二偏振探测通道、第三偏振探测通道和第四偏振探测通道中的PMT探测器均可以单独设置灵敏度。本专利技术的优点在于：1、本专利技术采用同轴收发的模式，发射光路和接收光路共用一套光学系统，并采用卡式望远镜结构接收系统探测回波信号，改善了系统的紧凑性，并有效抑制系统色差。2、本专利技术利用486.1nm和518.4nm两个波段的激光同时探测，486.1nm的激光与清洁大洋水的最佳透过波长接近，518.4nm的激光与近岸水体最佳透过波长接近，可实现对不同区域水体探测的兼顾，同时两个波段配合使用，不仅能够获取水体悬浮粒子的浓度信息，还可以获取不同粒径以及不同种类粒子的成分信息，提供更加丰富的光谱信号，可有效克服不同水质对探测穿透光的影响，两个波段的光形成互补，实现最佳探测能力。3、本专利技术所使用的两个波段均与太阳夫琅和费暗线重合，外场探测时具有较小的环境光噪声，可有本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种机载海洋剖面双波长偏振光学参数观测仪系统，其特征在于：包括激光器(1)、准直扩束镜组(2)、转折发射镜组(3)、接收望远镜(4)、准直镜(5)、光谱分光片(6)、第一滤光片(7)、第二滤光片(13)、第一偏振分束器(8)、第二偏振分束器(14)以及第一偏振探测通道(10)、第二偏振探测通道(12)、第三偏振探测通道(16)、第四偏振探测通道(18)、第一会聚透镜(9)、第二会聚透镜(11)、第三会聚透镜(15)和第四会聚透镜(17)；所述的激光器(1)产生脉冲激光经所述的准直扩束镜组(2)实现准直扩束后，射入转折发射镜组(3)，经转折发射镜组(3)反射后，到达探测目标；经探测目标反射的回波光信号被所述的卡式望远镜(4)接收后，入射到准直镜(5)，经准直后的回波光束经光谱分光片(6)分为反射光束和透射光束，所述的反射光束经所述的第一滤光片(7)滤光后入射到所述的第一偏振分束器(8)，经该第一偏振分束器(8)分成两路正交的偏振光束，其中，第一垂直偏振光束经第一会聚透镜(9)入射到所述的第一偏振探测通道(10)，第一平行偏振光束经第二会聚透镜(11)入射到所述的第二偏振探测通道(12)；所述的透射光束经第二滤光片(13)滤光后入射到所述的第二偏振分束器(14)，经该第二偏振分束器(14)分成两路正交的偏振光束，其中，第二平行偏振光束经第三会聚透镜(15)入射到所述的第三偏振探测通道(16)，第二垂直偏振光束经第四会聚透镜(17)入射到所述的第四偏振探测通道(18)。...

【技术特征摘要】
1.一种机载海洋剖面双波长偏振光学参数观测仪系统，其特征在于：包括激光器(1)、准直扩束镜组(2)、转折发射镜组(3)、接收望远镜(4)、准直镜(5)、光谱分光片(6)、第一滤光片(7)、第二滤光片(13)、第一偏振分束器(8)、第二偏振分束器(14)以及第一偏振探测通道(10)、第二偏振探测通道(12)、第三偏振探测通道(16)、第四偏振探测通道(18)、第一会聚透镜(9)、第二会聚透镜(11)、第三会聚透镜(15)和第四会聚透镜(17)；所述的激光器(1)产生脉冲激光经所述的准直扩束镜组(2)实现准直扩束后，射入转折发射镜组(3)，经转折发射镜组(3)反射后，到达探测目标；经探测目标反射的回波光信号被所述的卡式望远镜(4)接收后，入射到准直镜(5)，经准直后的回波光束经光谱分光片(6)分为反射光束和透射光束，所述的反射光束经所述的第一滤光片(7)滤光后入射到所述的第一偏振分束器(8)，经该第一偏振分束器(8)分成两路正交的偏振光束，其中，第一垂直偏振光束经第一会聚透镜(9)入射到所述的第一偏振探测通道(10)，第一平行偏振光束经第二会聚透镜(11)入射到所述的第二偏振探测通道(12)；所述的透射光束经第二滤光片(13)滤光后入射到所述的第二偏振分束器(14)，经该第二偏振分束器(14)分成两路正交的偏振光束，其中，第二平行偏振光束经第三会聚透镜(15)入射到所述的第三偏振探测通道(16)，第二垂直偏振光束经第四会聚透镜(...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈卫标，李凯鹏，贺岩，朱小磊，
申请(专利权)人：中国科学院上海光学精密机械研究所，
类型：发明
国别省市：上海,31