一种用于大气探测的高光谱分光装置及分光方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开的一种用于大气探测的高光谱分光装置，包括激光接收和采集部分和多光束反射部分，多光束反射部分包括旋转台和准直透镜，旋转台上设置有Fabry‑Perot多光束反射腔，准直透镜位于双孔光阑和Fabry‑Perot多光束反射腔之间。本发明专利技术还公开了利用上述分光装置进行高精度的光谱分离的方法。本发明专利技术的有益效果，利用第一楔形玻璃板和第二楔形玻璃板内表面产生的多光束反射光在透镜焦平面处产生干涉，实现对米散射信号和瑞利散射信号的高精度分光。改变第一楔形玻璃板和第二楔形玻璃板内表面反射率的膜层可以实现对任何波长的使用，突破了采用原子或分子蒸汽吸收池的高光谱分辨率激光雷达适用波长较少的局限。

High spectral light splitting device and method for atmospheric detection

For the spectrophotometric detection of atmospheric device disclosed by the invention comprises a laser receiving and acquisition part and multi beam reflection, multi beam reflection part comprises a rotary table and a collimating lens, the rotary table is arranged on the Fabry Perot multi beam reflector, a collimating lens to double aperture and Fabry multi beam Perot between the reflection cavity. The invention also discloses a method for carrying out high-precision spectral separation using the light splitting device. The invention has the advantages of light interference in the focal plane by using multi beam reflection surface of the first glass plate and second wedge wedge glass plate in the realization of the Mie scattering and Rayleigh scattering signal of high precision optical signal. The use of any wavelength can be changed by the first wedge film glass plate and second wedge glass plate inner surface reflectivity, broke through the use of limitations of atoms or molecules of steam absorption pool of high spectral resolution lidar wavelength is less.

【技术实现步骤摘要】
一种用于大气探测的高光谱分光装置及分光方法
本专利技术属于激光遥感大气探测
，涉及一种用于大气探测的高光谱分光装置，本专利技术还涉及利用上述分光装置对大气回波信号进行高精度的光谱分离的方法。
技术介绍
由于环境污染的加剧，大气环境的精细监测与分析变得日益重要。激光雷达是探测气溶胶大范围分布情况的有效手段，具有高时空分辨率，适于实时观测的优点。根据探测原理的不同，激光雷达主要有米散射激光雷达、拉曼散射激光雷达、偏振激光雷达、荧光激光雷达以及高光谱分辨率激光雷达。应用广泛的米散射雷达不能对大气的米散射和瑞利散射进行鉴别，因此无法对气溶胶光学参数进行精确测量。与传统的米散射雷达相比，高光谱分辨率气溶胶激光雷达，可以直接导出消光系数，从而实现高精度气溶胶探测，提高了参数反演的准确性。同时与拉曼激光雷达相比，也具有较高的能量利用率。在紫外和可见光波段已经有高光谱激光雷达研制。但是对于近红外波段，由于分子散射频谱较窄，同时瑞利散射信号较弱，所以实现高光谱分光技术更加困难。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种适用于紫外到近红外波段的大气气溶胶精细探测分光系统装置，以便于能对激光雷达的回波散射信号进行高光谱精细分光，实现米散射和瑞利散射的高精度探测。本专利技术的另一目的在于提供利用上述分光装置对大气回波信号进行高精度的光谱分离的方法。本专利技术所采用的第一种技术方案是，一种用于大气探测的高光谱分光装置，包括激光接收和采集部分和多光束反射部分，激光接收和采集部分包括三维平移台，三维平移台上设置有双孔光阑，双孔光阑竖直设置，双孔光阑侧面开有第一通孔和第二通孔，第一通孔设置有第一光纤，第二通孔设置有和第二光纤，第一光线的一端固定于第一通孔，第二光纤的一端固定于第二通孔；第一光纤用于输入光束，第二光纤用于采集经多次反射出射的光束；多光束反射部分包括旋转台，旋转台上设置有Fabry-Perot多光束反射腔，多光束反射部分还包括准直透镜，准直透镜位于双孔光阑和Fabry-Perot多光束反射腔之间，准直透镜固定在支架上。本专利技术第一种技术方案的特点还在于，Fabry-Perot多光束反射腔包括第一楔形玻璃板和第二楔形玻璃板，第一楔形玻璃板和第二楔形玻璃板竖直设置在旋转台上，第一楔形玻璃板和第二楔形玻璃板平行设置，第一楔形玻璃板和第二楔形玻璃板相对的侧面均镀有半透半反膜，第一楔形玻璃板和第二楔形玻璃板上、下边缘之间通过间隔支架连接，第一楔形玻璃板、第二楔形玻璃板和间隔支架构成空气腔。第一楔形玻璃板和第二楔形玻璃板相对的侧面为竖直面，第一楔形玻璃板和第二楔形玻璃板的外侧面与水平面呈楔角，第一楔形玻璃板和第二楔形玻璃板的外侧面相互平行，第一楔形玻璃板和第二楔形玻璃板之间的距离为55mm。第一楔形玻璃板和第二楔形玻璃板外侧面的楔角＜3°。双孔光阑的第一通孔和第二通孔竖直排列，第二通孔在第一通孔下方，第一通孔和第二通孔的直径均为0.2mm，第一通孔和第二通孔之间的距离为0.5mm。准直透镜为非球面消像差透镜。半透半反膜在1064.195nm的反射率为0.4。准直透镜和Fabry-Perot多光束反射腔的中心共线。本专利技术所采用的第二种技术方案是，一种用于大气探测的高光谱分光装置对大气回波信号进行高精度的光谱分离的方法，具体按照以下步骤实施：步骤1：调整三维平移台的前后位置及高度，使得安装其上的双孔光阑位于准直透镜的焦平面上；步骤2：连接第一光纤与激光雷达接收望远镜底部的法兰；步骤3：连接第二光纤与激光雷达信号处理模块上的法兰；步骤4：第一光纤接收激光雷达的大气后向散射信号，进入双孔光阑上的第一通孔；步骤5：通过双孔光阑上第一通孔的光经准直透镜准直后成为准直光，入射到Fabry-Perot多光束反射腔；步骤6：调整旋转台，改变步骤5产生的准直光与Fabry-Perot多光束反射腔的相互角度，直到被反射的光束进双孔光阑上的第二通孔；步骤7：进入第二通孔的光束通过第二光纤进入激光雷达的信号处理模块，得到经过高光谱精细分光后的光谱信号。本专利技术第二种技术方案的特点还在于，步骤2中的激光雷达中的激光器频宽不大于150MHz。激光雷达中的接收望远镜可采用反射式或者折返式望远镜。激光雷达中的信号处理模块由光电探测器和数据处理系统组成。本专利技术的有益效果在于：(1)利用第一楔形玻璃板和第二楔形玻璃板内表面产生的多光束反射光在透镜焦平面处产生干涉，形成凹陷型的干涉条纹，可以实现对米散射信号和瑞利散射信号的高精度分光，抑制米散射信号，获取瑞利散射信号。(2)改变第一楔形玻璃板和第二楔形玻璃板内表面反射率的膜层可以实现对任何波长的使用，突破了采用原子或分子蒸汽吸收池的高光谱分辨率激光雷达适用波长较少的局限，使得在多个波长的大气精细探测得以实现。附图说明图1是本专利技术的一种用于大气探测的高光谱分光装置的结构示意图；图2是本专利技术的一种用于大气探测的高光谱分光装置中的双孔光阑的结构示意图；图3是本专利技术的一种用于大气探测的高光谱分光装置的使用过程图；图4是本专利技术的一种用于大气探测的高光谱分光装置的实施例中所设计的高光谱滤波器的光谱透过曲线；图5是本专利技术的一种用于大气探测的高光谱分光装置的实施例中对1064nm散射谱的透过谱线与1064nm的大气米散射谱和瑞利散射谱的对比曲线。图中，1.第一光纤，2.第二光纤，3.三维平移台，4.双孔光阑，5.准直透镜，6.第一楔形玻璃板，7.半透半反膜，8.第二楔形玻璃板，9.间隔支架，10.旋转台，11.空气腔，12.支架，13.第一通孔，14.第二通孔。具体实施方式下面结合附图和具体实施方式对本专利技术进行详细说明。本专利技术的一种用于大气探测的高光谱分光装置，其结构如图1所示，包括激光接收和采集部分和多光束反射部分，其特征在于，激光接收和采集部分包括三维平移台3，三维平移台3上设置有双孔光阑4，三维平移台3的高度可调整，使得双孔光阑连线的中心位于准直透镜的焦点上，双孔光阑4竖直设置，双孔光阑4侧面开有第一通孔13和第二通孔14，第一通孔13设置有第一光纤1，第二通孔14设置有和第二光纤2，第一光线1的一端固定于第一通孔13，第二光纤2的一端固定于第二通孔14；第一光纤1用于输入光束，第二光纤2用于采集经多次反射出射的光束；多光束反射部分包括旋转台10，旋转台10上设置有Fabry-Perot多光束反射腔，多光束反射部分还包括准直透镜5，准直透镜5位于双孔光阑4和Fabry-Perot多光束反射腔之间，准直透镜5固定在支架12上。其中，所述Fabry-Perot多光束反射腔包括第一楔形玻璃板6和第二楔形玻璃板8，第一楔形玻璃板6和第二楔形玻璃板8竖直设置在旋转台10上，第一楔形玻璃板6和第二楔形玻璃板8平行设置，第一楔形玻璃板6和第二楔形玻璃板8相对的侧面均镀有半透半反膜7，第一楔形玻璃板6和第二楔形玻璃板8上、下边缘之间通过间隔支架9连接，第一楔形玻璃板6、第二楔形玻璃板8和间隔支架9构成空气腔11。其中第一楔形玻璃板6和第二楔形玻璃板8相对的侧面为竖直面，第一楔形玻璃板6和第二楔形玻璃板8的外侧面与水平面呈楔角，第一楔形玻璃板6和第二楔形玻璃板8的外侧面相互平行，第一楔形玻璃板6和第二楔形玻璃板8之间的距离为55mm，第一楔形玻璃板6和第二楔本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于大气探测的高光谱分光装置，包括激光接收与采集部分和多光束反射部分，其特征在于，激光接收与采集部分包括三维平移台(3)，三维平移台(3)上设置有双孔光阑(4)，双孔光阑(4)竖直设置，双孔光阑(4)开有第一通孔(13)和第二通孔(14)，第一通孔(13)设置有第一光纤(1)，第二通孔(14)设置有和第二光纤(2)，第一光线(1)的一端固定于第一通孔(13)，第二光纤(2)的一端固定于第二通孔(14)；所述第一光纤(1)用于输入光束，第二光纤(2)用于采集经多次反射出射的光束；多光束反射部分包括旋转台(10)，旋转台(10)上设置有Fabry‑Perot多光束反射腔，多光束反射部分还包括准直透镜(5)，准直透镜(5)位于双孔光阑(4)和Fabry‑Perot多光束反射腔之间，准直透镜(5)固定在支架(12)上。

【技术特征摘要】
1.一种用于大气探测的高光谱分光装置，包括激光接收与采集部分和多光束反射部分，其特征在于，激光接收与采集部分包括三维平移台(3)，三维平移台(3)上设置有双孔光阑(4)，双孔光阑(4)竖直设置，双孔光阑(4)开有第一通孔(13)和第二通孔(14)，第一通孔(13)设置有第一光纤(1)，第二通孔(14)设置有和第二光纤(2)，第一光线(1)的一端固定于第一通孔(13)，第二光纤(2)的一端固定于第二通孔(14)；所述第一光纤(1)用于输入光束，第二光纤(2)用于采集经多次反射出射的光束；多光束反射部分包括旋转台(10)，旋转台(10)上设置有Fabry-Perot多光束反射腔，多光束反射部分还包括准直透镜(5)，准直透镜(5)位于双孔光阑(4)和Fabry-Perot多光束反射腔之间，准直透镜(5)固定在支架(12)上。2.根据权利要求1所述的一种用于大气探测的高光谱分光装置，其特征在于，所述Fabry-Perot多光束反射腔包括第一楔形玻璃板(6)和第二楔形玻璃板(8)，第一楔形玻璃板(6)和第二楔形玻璃板(8)竖直设置在旋转台(10)上，第一楔形玻璃板(6)和第二楔形玻璃板(8)平行设置，第一楔形玻璃板(6)和第二楔形玻璃板(8)相对的侧面均镀有半透半反膜(7)，第一楔形玻璃板(6)和第二楔形玻璃板(8)上、下边缘之间通过间隔支架(9)连接，第一楔形玻璃板(6)、第二楔形玻璃板(8)和间隔支架(9)构成空气腔(11)。3.根据权利要求2所述的一种用于大气探测的高光谱分光装置，其特征在于，所述第一楔形玻璃板(6)和第二楔形玻璃板(8)相对的侧面为竖直面，第一楔形玻璃板(6)和第二楔形玻璃板(8)的外侧面与水平面呈楔角，第一楔形玻璃板(6)和第二楔形玻璃板(8)的外侧面相互平行，第一楔形玻璃板(6)和第二楔形玻璃板(8)之间的距离为55mm。4.根据权利要求3所述的一种用于大气探测的高光谱分光装置，其特征在于，所述第一楔形玻璃板(6)和第二楔形玻璃板(8)外侧面的楔角＜3°。5.根据权利要求2所述的一种用...

【专利技术属性】
技术研发人员：狄慧鸽，华灯鑫，华杭波，张战飞，张佳琪，
申请(专利权)人：西安理工大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61