基于拉曼散射的大气测温系统技术方案

本实用新型专利技术提供了基于拉曼散射的大气测温系统，包括：光发射装置包括激光器、扩束单元和光反射单元，射出光发射装置的所述激光器发出的且经过扩束单元和光反射单元的检测光与光接收装置的中心轴线平行或共线；光接收装置包括光会聚器件、反射面相对设置的凹面反射镜和凸面反射镜，与射出光发射装置的检测光方向相反的散射光依次经过凹面反射经和凸面反射镜的反射后穿过凹面反射镜的中心，之后穿过所述光会聚器件；射出所述光会聚器件的散射光经过光传输装置传送到分光装置的狭缝处；分光装置包括狭缝、分光器件和探测器。本实用新型专利技术具有探测距离远、信噪比高等优点。

Atmospheric temperature measurement system based on Raman scattering

【技术实现步骤摘要】
基于拉曼散射的大气测温系统
本技术涉及大气测量，特别涉及基于拉曼散射的大气测温系统。
技术介绍
大气温度廓线在天气预报、气象研究和环境污染源解析过程中是非常重要的模型参数，而激光雷达作为一种遥感探测工具，已经广泛应用于气象参数探测、环境监测等领域。目前，激光雷达探测大气温度的主要方式有：1、瑞利散射测温激光雷达。由于低空气溶胶等粒子较多，瑞利散射测温激光雷达易受米散射干扰，因此在低层大气中不适宜用瑞利散射密度法测温激光雷达。2、高光谱分辨率激光雷达。高光谱分辨率激光雷达接收光谱与极强的米氏散射光谱部分重叠，因此在极窄的频率范围内，要想完全不受强信号干扰得到温度信息，对雷达系统的要求极高。3、拉曼测温激光雷达。振动拉曼散射回波可以探测对流层中上部大气温度分布，转动拉曼散射激光雷达则是利用N2和O2分子的转动拉曼谱线强度与温度的关系测量低层大气温度分布，因此大气消光对纯转动拉曼测温雷达的测量影响较小，可以在低空温度探测可以获得很高的精度。但是拉曼散射截面积比米散射截面小4-5个数量级，从中提取出微弱的拉曼谱线，必须对弹性散射信号达到6～7个数量级的抑制，目前在噪声抑制方面多数只考虑从光谱仪光谱带宽的选择上入手，而忽略了光学系统的接收效率。
技术实现思路
为解决上述现有技术方案中的不足，本技术提供了一种探测距离远、信噪比高的基于拉曼散射的大气测温系统。本技术的目的是通过以下技术方案实现的：基于拉曼散射的大气测温系统，所述基于拉曼散射的大气测温系统包括：光发射装置，所述光发射装置包括激光器、扩束单元和光反射单元，射出光发射装置的所述激光器发出的且经过扩束单元和光反射单元的检测光与光接收装置的中心轴线平行或共线；光接收装置，所述光接收装置包括光会聚器件、反射面相对设置的凹面反射镜和凸面反射镜，与射出光发射装置的检测光方向相反的散射光依次经过凹面反射经和凸面反射镜的反射后穿过凹面反射镜的中心，之后穿过所述光会聚器件；光传输装置，射出所述光会聚器件的散射光经过所述光传输装置传送到分光装置的狭缝处；分光装置，所述分光装置包括狭缝、分光器件和探测器。与现有技术相比，本技术具有的有益效果为：1.信噪比高；特殊的光接收装置结构结合双光纤光传输装置，可以有效地减小像差，减小有效信号视场角，从而提高接收信号信噪比，为拉曼信号的提取获得更高的精度，同时采用双光纤接收装置，增大了接收视场角，最大限度保证了有效信号的接收；2.光扩束单元压缩了激光器出射光发散角，从而提高发射光准直度，准直度越高，探测距离越远。附图说明参照附图，本技术的公开内容将变得更易理解。本领域技术人员容易理解的是：这些附图仅仅用于举例说明本技术的技术方案，而并非意在对本技术的保护范围构成限制。图中：图1是根据本技术实施例的基于拉曼散射的大气测温系统的结构简图。具体实施方式图1和以下说明描述了本技术的可选实施方式以教导本领域技术人员如何实施和再现本技术。为了教导本技术技术方案，已简化或省略了一些常规方面。本领域技术人员应该理解源自这些实施方式的变型或替换将在本技术的范围内。本领域技术人员应该理解下述特征能够以各种方式组合以形成本技术的多个变型。由此，本技术并不局限于下述可选实施方式，而仅由权利要求和它们的等同物限定。实施例1：图1示意性地给出了本技术实施例的基于拉曼散射的大气测温系统的结构简图，如图1所示，所述基于拉曼散射的大气测温系统包括：光发射装置，所述光发射装置包括激光器、扩束单元和光反射单元，所述激光器发出的检测光经过扩束单元后被光反射单元反射，射出光反射单元的检测光射入大气，方向与光接收装置的中心轴线平行或共线；光接收装置，所述光接收装置包括光会聚器件、反射面相对设置的凹面反射镜和凸面反射镜，与射出光发射装置的检测光方向相反的散射光依次经过凹面反射经和凸面反射镜的反射后穿过凹面反射镜的中心，之后穿过所述光会聚器件；光传输装置，如光纤，射出所述光会聚器件的散射光经过所述光传输装置传送到分光装置的狭缝处；分光装置，所述分光装置包括狭缝、分光器件和探测器。为了压缩光路，进一步地，所述光反射单元包括：第一反射镜，射出扩束单元的检测光依次被第一反射镜和第二反射镜反射；第二反射镜，所述凹面反射镜、凸面反射镜和第二反射镜依次设置，且第二反射镜的反射面背对所述凸面反射镜。为了提高光接收装置的接收能力，进一步地，所述凹面反射镜的口径大于250mm。实施例2：根据本技术实施例1的基于拉曼散射的大气测温系统的应用例。在该应用例中，激光器发出的检测光波长355nm，频率高于5K，单脉冲能量高于0.6mJ的脉冲激光器；扩束单元采用凹透镜和凸透镜的组合，扩束倍数超过10；光反射单元包括第一反射镜和第二反射镜，激光器发出的检测光的方向与光接收装置的中心轴线平行；凹面反射镜和凸面反射镜的反射面相对，凹面反射镜口径大于250mm，沿着凹面反射镜的中心轴线方向具有通孔；所述凹面反射镜、凸面反射镜和第二反射镜依次设置，第二反射镜的反射面背对凸面反射镜，使得经过第二反射镜反射而进入大气的检测光的方向与进入光接收装置的散射光方向相反；光会聚器件包括第一凸透镜和第二凸透镜；射出凹面反射镜的散射光会光会聚器件会聚后进入光传输装置中；光传输装置采用双光纤；分光装置包括壳体以及设置在壳体内的狭缝、分光器件和线阵探测器，分光器件采用光栅。上述大气测温系统的工作方式为：激光器发出检测光，经过扩束单元扩束，再经过第一反射镜反射后偏转，射向第二反射镜，最后射入大气中；散射光依次被凹面反射镜和凸面反射镜，之后从凹面反射镜的中心射出；射出凹面反射镜的散射光被光会聚器件会聚后耦合进双光纤中，并传输到分光装置的狭缝处；散射光被光栅分光，探测器将光信号转换为电信号。根据本技术应用例达到的益处在于：通过压缩发射光路发散角，提高接收视场角，有效地提高有效信号的接收效率，提高信噪比。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.基于拉曼散射的大气测温系统，其特征在于：所述基于拉曼散射的大气测温系统包括：/n光发射装置，所述光发射装置包括激光器、扩束单元和光反射单元，射出光发射装置的所述激光器发出的且经过扩束单元和光反射单元的检测光与光接收装置的中心轴线平行或共线；/n光接收装置，所述光接收装置包括光会聚器件、反射面相对设置的凹面反射镜和凸面反射镜，与射出光发射装置的检测光方向相反的散射光依次经过凹面反射经和凸面反射镜的反射后穿过凹面反射镜的中心，之后穿过所述光会聚器件；/n光传输装置，射出所述光会聚器件的散射光经过所述光传输装置传送到分光装置的狭缝处；/n分光装置，所述分光装置包括狭缝、分光器件和探测器。/n

【技术特征摘要】
1.基于拉曼散射的大气测温系统，其特征在于：所述基于拉曼散射的大气测温系统包括：
光发射装置，所述光发射装置包括激光器、扩束单元和光反射单元，射出光发射装置的所述激光器发出的且经过扩束单元和光反射单元的检测光与光接收装置的中心轴线平行或共线；
光接收装置，所述光接收装置包括光会聚器件、反射面相对设置的凹面反射镜和凸面反射镜，与射出光发射装置的检测光方向相反的散射光依次经过凹面反射经和凸面反射镜的反射后穿过凹面反射镜的中心，之后穿过所述光会聚器件；
光传输装置，射出所述光会聚器件的散射光经过所述光传输装置传送到分光装置的狭缝处；
分光装置，所述分光装置包括狭缝、分光器件和探测器。


2.根据权利要求1所述的基于拉曼散射的大气测温系统，其特征在于：所述光反射单元包括：
第一反射镜，所述检测光依次被第一反射镜和第二反射镜反射；
第二反射镜，所述凹面反射镜、凸面反射...

【专利技术属性】
技术研发人员：何勇，孙晓敏，陈晓龙，李岭，周剑烽，
申请(专利权)人：无锡中科光电技术有限公司，
类型：新型
国别省市：江苏;32