水汽Raman激光雷達(dá)紫外高分辨率光柵光譜儀標(biāo)定裝置及方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種水汽Raman激光雷達(dá)紫外高分辨率光柵光譜儀的標(biāo)定裝置及方法，其光路裝置包括：激光器光源，兩個(gè)45°全反射鏡，拉曼管，兩個(gè)同焦距聚焦透鏡和一個(gè)特定焦距的聚焦透鏡，水汽Raman激光雷達(dá)紫外高分辨率光柵光譜儀等，該裝置和方法可以通過對(duì)拉曼管激發(fā)的N2和H2O信號(hào)對(duì)水汽Raman激光雷達(dá)紫外高分辨率光柵光譜儀進(jìn)行標(biāo)定，克服了現(xiàn)有水汽Raman激光雷達(dá)分光系統(tǒng)標(biāo)定技術(shù)的不足。本發(fā)明縮短了水汽Raman激光雷達(dá)紫外高分辨率光柵光譜儀標(biāo)定光路的長度，降低了標(biāo)定的難度,提高了水汽Raman激光雷達(dá)紫外高分辨率光柵光譜儀標(biāo)定的準(zhǔn)確性。
【專利說明】水汽Raman激光雷達(dá)紫外高分辨率光柵光譜儀標(biāo)定裝置及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種水汽Raman激光雷達(dá)紫外光柵光譜儀標(biāo)定裝置及方法，具體涉及激光雷達(dá)回波信號(hào)分光系統(tǒng)標(biāo)定方法，通過對(duì)水汽Raman激光雷達(dá)紫外光柵光譜儀的調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)對(duì)大氣中水汽含量的探測(cè)。
【背景技術(shù)】
[0002]水汽是水在大氣中的氣態(tài)形式，它在大氣中的含量很小，但卻是大氣中最活躍的成分，因?yàn)樗麜r(shí)大氣溫度變化范圍內(nèi)唯一可以發(fā)生相變的成分，所以它在天氣過程，氣候變化，地氣系統(tǒng)的能量交換等過程中具有極其重要的作用。目前主要能夠?qū)崿F(xiàn)水汽立體觀測(cè)的儀器主要有三種，氣象探空，微波輻射計(jì)，水汽Raman激光雷達(dá)。
[0003]探空氣球是目前最常用的方法，其中五九型轉(zhuǎn)筒式電碼探空儀(GZZ2型探空儀)是我國高空氣象觀測(cè)中使用的常規(guī)探空儀。這種探空儀發(fā)射機(jī)的頻率一種為24.5MHz，另一種是400MHz。它通常由氣球攜帶升入空中，將感應(yīng)到的氣象要素值轉(zhuǎn)變?yōu)闊o線電信號(hào)，不斷地向地面發(fā)送。地面上的接收設(shè)備將信號(hào)收錄、處理，從而取得溫、壓、濕垂直分布的探測(cè)結(jié)果。這種觀測(cè)方法的缺點(diǎn)很明顯，探空氣球會(huì)受到使用時(shí)間和空間的限制，是一次性的觀測(cè)手段，受氣象條件、航空管制、人為因素的影響比較大，無法實(shí)現(xiàn)對(duì)水汽連續(xù)觀測(cè)自動(dòng)。
[0004]微波輻射計(jì)是一款被動(dòng)式地基微波遙感設(shè)備，它主要是用天線來被動(dòng)的接收天空一定頻率的微波輻射，然后根據(jù)天線接收到的能量得到天空的亮度溫度。將微波輻射計(jì)進(jìn)行掃角觀測(cè)，仰角由0°到90°之間變化，就可以觀測(cè)到大氣的亮度溫度，通過一系列微波輻射計(jì)觀測(cè)到的大氣亮度溫度Tb的值，將比濕隨亮度分布反演出來。因此利用微波輻射計(jì)可以測(cè)得水汽隨高度分布的廓線。微波輻射計(jì)在0-1.2km的距離分辨率為50m，1.2-10km的距離分辨率為50-2500m，此外微波輻射計(jì)成本比較高，觀測(cè)參數(shù)單一，主要的缺點(diǎn)是水汽測(cè)的誤差非常大，容易受到天氣的影響。
[0005]水汽Raman激光雷達(dá)是是進(jìn)行水汽探測(cè)的最有效工具之一，它具有很高的時(shí)間和空間分辨率，而且結(jié)構(gòu)相對(duì)簡單。自從20世紀(jì)六七十年代，國內(nèi)外許多研究機(jī)構(gòu)都在進(jìn)行這方面的研究。
[0006]為了提高水汽Raman激光雷達(dá)的探測(cè)精度，必須在雷達(dá)系統(tǒng)構(gòu)建完成之前，對(duì)水汽Raman激光雷達(dá)紫外高分辨率光柵光譜儀進(jìn)行標(biāo)定，確定光譜儀各光學(xué)元件的具體位置和精確角度。目前已有的標(biāo)定技術(shù)基本上都是采用光學(xué)軟件進(jìn)行模擬確定光學(xué)元件的位置和角度，但一般與實(shí)際情況有一定的差距，進(jìn)而會(huì)影響水汽廓線檢測(cè)的精度。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明技術(shù)要解決的技術(shù)問題是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種水汽Raman激光雷達(dá)紫外高分辨率光柵光譜儀標(biāo)定裝置及方法，縮短了水汽Raman激光雷達(dá)光譜儀標(biāo)定光路的長度，降低了標(biāo)定的難度，提高了光譜儀標(biāo)定的準(zhǔn)確性。[0008]本發(fā)明技術(shù)解決方案:水汽Raman激光雷達(dá)紫外高分辨率光柵光譜儀標(biāo)定裝置和方法，其特征在于包括:激光光源(I)、第一 45°全反射鏡(2)、第二 45°全反射鏡(3)、第一聚焦透鏡(4)、拉曼管(5)、第二聚焦透鏡(6)、第三聚焦透鏡(7)、水汽Raman激光雷達(dá)紫外高分辨率光柵光譜儀(8)。所述激光光源(I)發(fā)出355nm激光經(jīng)第一 45°全反射鏡(2)、第二 45。全反射鏡(3)折返后入射到第一聚焦透鏡(4)，然后入射到拉曼管(5)入射端窗口中心，入射光束與拉曼管中的H2O或N2相互作用，產(chǎn)生H2O或N2拉曼散射光從拉曼管(5)的出射窗口出來，經(jīng)第二聚焦透鏡(6 )和第三聚焦透鏡(7 )與水汽Raman紫外光柵光譜儀(8 )的F數(shù)相匹配，最后進(jìn)入光柵光譜儀(8)。
[0009]所述激光器光源(I)中心波長為355nm，工作波長穩(wěn)定，波長隨溫度波動(dòng)產(chǎn)生漂移小于 0.05pm/0C ο
[0010]所述激光器光源(I)和第一 45°全反射鏡(2)、第二 45°全反射鏡(3)、第一聚焦透鏡(4)、拉曼管(5)、第二聚焦透鏡(6)、第三聚焦透鏡(7)、水汽Raman激光雷達(dá)紫外高分辨率光柵光譜儀⑶的光束入射孔具有相同的同心高；。
[0011]所述第一 45°全反射鏡(2)和第二 45°全反射鏡(3)對(duì)355nm光信號(hào)具有全反射性，對(duì)532nm的光信號(hào)具有全透過性，并且調(diào)整架調(diào)諧精度高，旋鈕調(diào)整1°，光束指向性調(diào)整 0.02mrad。
[0012]所述第一聚焦透鏡(4)和第二聚焦透鏡(6)焦距必須相同，構(gòu)成共焦系統(tǒng)。
[0013]所述拉曼管(5)的窗口鏡片為特質(zhì)的鍍膜石英片，入射端窗口鏡片鍍膜提高355nm激光的透過率，出射端窗口鏡片鍍膜減小355nm激光的透過率；必須選擇合適的長度(10~30cm)，保證可以產(chǎn)生!120 拉曼信號(hào)，同時(shí)不會(huì)因?yàn)槔苓^長而造成拉曼管內(nèi)H2O對(duì)H2O拉曼信號(hào)的吸收。
[0014]所述拉曼管(5)上裝有液壓表和氣閥，可以實(shí)時(shí)監(jiān)視和控制拉曼管內(nèi)氣體的壓強(qiáng)，從而調(diào)節(jié)產(chǎn)生拉曼信號(hào)所需的激光器脈沖能量。
[0015]所述的水汽Raman激光雷達(dá)紫外高分辨率光柵光譜儀標(biāo)定裝置和方法，其特征在于:所述第三聚焦透鏡(7)必須選擇合適的焦距，使從拉曼管(5)出射的拉曼光，經(jīng)第二聚焦透鏡(6)和第三聚焦透鏡(7)后與水汽Raman激光雷達(dá)紫外高分辨率光柵光譜儀的F數(shù)相匹配；
[0016]所述水汽Raman激光雷達(dá)光譜儀標(biāo)定方法，實(shí)現(xiàn)步驟如下:
[0017]如圖1所示，通過激光雷達(dá)光源(I)(出射355.0nm激光)激發(fā)拉曼管(5)中的氣體，出射的拉曼光作為光譜儀(8)的入射信號(hào)光源。
[0018]a.標(biāo)定H2O拉曼通道和Rayleigh - Mie散射信號(hào)通道
[0019]拉曼管(5)中充滿去離子水，激光雷達(dá)光源(I)出射的355.0nm激光經(jīng)第一 45°全反射鏡和第二 45°全反射鏡折返后，入射到第一聚焦透鏡(4)，然后入射到拉曼管(5)入射端窗口的中心，激發(fā)拉曼管(5)中的水分子，獲得中心波長為407.8nm的拉曼光，這與大氣回波水汽拉曼信號(hào)的中心波長一致，因此可以用它代替大氣中的水汽回波信號(hào)。同時(shí)，拉曼光出射的光束還包括剩余的355.0nm的光，可以用它標(biāo)定Rayleigh -Mie散射信號(hào)通道。拉曼管(5)出射的H2O拉曼光經(jīng)第二聚焦透鏡(6)和第三聚焦透鏡(7)后，與水汽Raman激光雷達(dá)紫外高分辨率光柵光譜儀(8)的F數(shù)相匹配，進(jìn)入光譜儀(8)。我們通過調(diào)節(jié)水汽Raman激光雷達(dá)紫外高分辨率光柵光譜儀中的平凹反射鏡(10)、平面衍射光柵(11)和第三矩形反射鏡(14)的角度和位置，使H2O拉曼光從出光口 3中心發(fā)射出去，然后調(diào)節(jié)光譜儀8中第一矩形反射鏡(12)的位置，使Rayleigh - Mie散射信號(hào)從出光口 I中心發(fā)射出去。
[0020]在該過程中，確定了水汽Raman激光雷達(dá)紫外高分辨率光柵光譜儀中平凹反射鏡
(10)、第一矩形反射鏡(12)、第三矩形反射鏡(14)和平面衍射光柵(11)的位置和角度，在后面對(duì)N2拉曼通道的定標(biāo)過程中，不能再調(diào)節(jié)這些光學(xué)元件的位置和角度。
[0021]在標(biāo)定過程中，需要保證激光光源(I)和第一 45°全反射鏡(2)、第二 45°全反射鏡(3)、第一聚焦透鏡(4)、拉曼管(5)、第二聚焦透鏡(6)、第三聚焦透鏡(7)、水汽Raman激光雷達(dá)紫外高分辨率光柵光譜儀(8)的光束入射孔具有相同的同心高。
[0022]b.標(biāo)定N2拉曼通道
[0023]拉曼管(5)中充滿N2，激光雷達(dá)光源(I)出射的355.0nm激光激發(fā)經(jīng)第一 45°全反射鏡和第二 45°全反射鏡折返后，入射到第一聚焦透鏡(4)，然后入射到拉曼管(5)入射端窗口的中心，激發(fā)拉曼管(5)中的N2分子，獲得中心波長為386.7nm的拉曼光，這與大氣回波N2拉曼信號(hào)的中心波長一致，因此可以用它來代替大氣中的N2回波信號(hào)。拉曼管(5)出射的N2拉曼光經(jīng)第三聚焦透鏡(7)后，與水汽Raman激光雷達(dá)紫外高分辨率光柵光譜儀
(5)的F數(shù)相匹配，進(jìn)入光譜儀(8)。通過調(diào)節(jié)水汽Raman激光雷達(dá)紫外高分辨率光柵光譜儀中的第二矩形反射鏡(13)，使N2拉曼光從出光口 2中心發(fā)射出去。
[0024]在標(biāo)定N2拉曼通道時(shí)，光譜儀前置光路應(yīng)保持不變。
[0025]在標(biāo)定過程中，需要保證激光光源(I)和第一 45°全反射鏡(2)、第二 45°全反射鏡(3)、第一聚焦透鏡(4)、拉曼管(5)、第二聚焦透鏡(6)、第三聚焦透鏡(7)、水汽Raman激光雷達(dá)紫外高分辨率光柵光譜儀(8)的光束入射孔具有相同的同心高。
[0026]c.在標(biāo)定三個(gè)通道時(shí)，光譜儀的光軸與前置光路的光軸應(yīng)重合，不能有夾角。
[0027]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比的優(yōu)點(diǎn)在于:
[0028](I)本發(fā)明縮短了水汽Raman激光雷達(dá)專用光譜儀標(biāo)定光路的長度，降低了標(biāo)定的難度，提高了光譜儀標(biāo)定的準(zhǔn)確性。
[0029](2)本發(fā)明中的拉曼管前后光路上的兩個(gè)聚焦透鏡與匹配后續(xù)光譜儀F數(shù)的焦距透鏡的配套使用，大大縮短了拉曼管的光路長度，例如在拉曼管前后光路的聚焦透鏡的焦距為55cm時(shí)，拉曼管的長度只需10cm，整個(gè)定標(biāo)光路(激光器除外)只有110cm。
[0030](3)拉曼管前后光路上聚焦透鏡與匹配后續(xù)光譜儀F數(shù)的焦距透鏡的配套使用，可以通過調(diào)整聚焦透鏡以及拉曼管的位置進(jìn)一步縮短定標(biāo)光路的長度。
[0031](4)拉曼管長度的縮短，在光譜儀的定標(biāo)過程中，大大提高了 H2O拉曼信號(hào)的強(qiáng)度，從而降低了光譜儀定標(biāo)的難度，并且提高了定標(biāo)的精確性。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0032]圖1為本發(fā)明水汽Raman激光雷達(dá)紫外高分辨率光柵光譜儀標(biāo)定裝置的光路圖；
[0033]圖2為水汽Raman激光雷達(dá)紫外高分辨率光柵光譜儀的平面結(jié)構(gòu)圖；
[0034]圖3為本發(fā)明標(biāo)定方法的實(shí)現(xiàn)流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0035]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說明。[0036]如圖1、2所示，水汽Raman激光雷達(dá)紫外高分辨率光柵光譜儀標(biāo)定裝置和方法包括激光光源(I)、第一 45°全反射鏡(2)、第二 45°全反射鏡(3)、第一聚焦透鏡(4)、拉曼管(5)、第二聚焦透鏡(6)、第三聚焦透鏡(7)、水汽Raman激光雷達(dá)紫外高分辨率光柵光譜儀(8)。激光光源⑴發(fā)出355nm激光經(jīng)第一 45°全反射鏡(2)、第二 45°全反射鏡(3)折返后入射到第一聚焦透鏡(4)，然后入射到拉曼管(5)入射端窗口中心，入射光束與拉曼管中的H2O或N2相互作用，產(chǎn)生H2O或N2拉曼散射光從拉曼管(5)的出射窗口出來，經(jīng)第二聚焦透鏡(6)和第三聚焦透鏡(7)與水汽Raman紫外光柵光譜儀(8)的F數(shù)相匹配，最后進(jìn)入光柵光譜儀(8)。
[0037]如圖1、2、3所示，通過激光雷達(dá)光源(I)出射355.0nm激光激發(fā)拉曼管(5)中的氣體，出射的拉曼光作為光譜儀(8)的入射信號(hào)光源。
[0038]a.標(biāo)定H2O拉曼通道和Rayleigh - Mie散射信號(hào)通道
[0039]拉曼管(5)中充滿去離子水，激光雷達(dá)光源(I)出射的355.0nm激光經(jīng)第一 45°全反射鏡(2)和第二 45°全反射鏡(3)折返后，入射到第一聚焦透鏡(4)，然后入射到拉曼管(5)入射端窗口的中心，激發(fā)拉曼管(5)中的水分子，獲得中心波長為407.8nm的拉曼光，這與大氣回波水汽拉曼信號(hào)的中心波長一致，因此可以用它代替大氣中的水汽回波信號(hào)。同時(shí)，拉曼光出射的光束還包括剩余的355.0nm的光,可以用它標(biāo)定Rayleigh - Mie散射信號(hào)通道。拉曼管(5)出射的H2O拉曼光經(jīng)第二聚焦透鏡(6)和第三聚焦透鏡(7)后，與水汽Raman激光雷達(dá)紫外高分辨率光柵光譜儀(8)的F數(shù)相匹配，進(jìn)入光譜儀(8)。本發(fā)明通過調(diào)節(jié)水汽Raman激光雷達(dá)紫外高分辨率光柵光譜儀中的平凹反射鏡(10)、平面衍射光柵
(11)和第三矩形反射鏡(14)的角度和位置，使H20拉曼光從出光口 3中心發(fā)射出去，然后調(diào)節(jié)光譜儀(8)中第一矩 形反射鏡(12)的位置，使Rayleigh - Mie散射信號(hào)從出光口 I中心發(fā)射出去。
[0040]在該過程中，確定了水汽Raman激光雷達(dá)紫外高分辨率光柵光譜儀中平凹反射鏡
(10)、第一矩形反射鏡(12)、第三矩形反射鏡(14)和平面衍射光柵(11)的位置和角度，在后面對(duì)N2拉曼通道的定標(biāo)過程中，不能再調(diào)節(jié)這些光學(xué)元件的位置和角度。
[0041]在標(biāo)定過程中，需要保證激光光源(I)和第一 45°全反射鏡(2)、第二 45°全反射鏡(3)、第一聚焦透鏡(4)、拉曼管(5)、第二聚焦透鏡(6)、第三聚焦透鏡(7)、水汽Raman激光雷達(dá)紫外高分辨率光柵光譜儀(8)的光束入射孔具有相同的同心高。
[0042]b.標(biāo)定N2拉曼通道
[0043]拉曼管(5)中充滿N2，激光雷達(dá)光源(I)出射的355.0nm激光激發(fā)經(jīng)第一 45°全反射鏡(2)和第二 45°全反射鏡(3)折返后，入射到第一聚焦透鏡(4)，然后入射到拉曼管
(5)入射端窗口的中心,激發(fā)拉曼管(5)中的N2分子,獲得中心波長為386.7nm的拉曼光，這與大氣回波N2拉曼信號(hào)的中心波長一致，因此可以用它來代替大氣中的N2回波信號(hào)。拉曼管(5)出射的N2拉曼光經(jīng)第三聚焦透鏡(7)后，與水汽Raman激光雷達(dá)紫外高分辨率光柵光譜儀(5)的F數(shù)相匹配，進(jìn)入光譜儀(8)。通過調(diào)節(jié)水汽Raman激光雷達(dá)紫外高分辨率光柵光譜儀中的第二矩形反射鏡(13)，使N2拉曼光從出光口 2中心發(fā)射出去。
[0044]在標(biāo)定N2拉曼通道時(shí)，光譜儀前置光路應(yīng)保持不變。
[0045]在標(biāo)定過程中，需要保證激光光源(I)和第一 45°全反射鏡(2)、第二 45°全反射鏡(3)、第一聚焦透鏡(4)、拉曼管(5)、第二聚焦透鏡(6)、第三聚焦透鏡(7)、水汽Raman激光雷達(dá)紫外高分辨率光柵光譜儀(8)的光束入射孔具有相同的同心高。
[0046]c.在標(biāo)定三個(gè)通道時(shí)，光譜儀的光軸與前置光路的光軸應(yīng)重合，不能有夾角。
[0047]本發(fā)明未詳細(xì)闡述部分屬于本領(lǐng)域技術(shù)人員的公知常識(shí)。
【權(quán)利要求】
1.水汽Raman激光雷達(dá)紫外高分辨率光柵光譜儀標(biāo)定裝置，其特征在于包括:激光光源(I)、第一 45°全反射鏡(2)、第二 45°全反射鏡(3)、第一聚焦透鏡(4)、拉曼管(5)、第二聚焦透鏡(6)、第三聚焦透鏡(7)、水汽Raman激光雷達(dá)紫外高分辨率光柵光譜儀(8)。所述激光光源(I)發(fā)出355nm激光經(jīng)第一 45°全反射鏡(2)、第二 45°全反射鏡(3)折返后入射到第一聚焦透鏡(4)，然后入射到拉曼管(5)入射端窗口中心，入射光束與拉曼管中的H2O或N2相互作用，產(chǎn)生H20或N2拉曼散射光從拉曼管(5)的出射窗口出來，經(jīng)第二聚焦透鏡(6)和第三聚焦透鏡(7)與水汽Raman紫外光柵光譜儀(8)的F數(shù)相匹配，最后進(jìn)入光柵光譜儀(8)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的水汽Raman激光雷達(dá)紫外高分辨率光柵光譜儀標(biāo)定裝置，其特征在于:所述激光器光源(I)中心波長為355nm，工作波長穩(wěn)定，波長隨溫度波動(dòng)產(chǎn)生漂移小于 0.05pm/°C。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的水汽Raman激光雷達(dá)紫外高分辨率光柵光譜儀標(biāo)定裝置，其特征在于:所述激光光源(I)和第一 45°全反射鏡(2)、第二 45°全反射鏡(3)、第一聚焦透鏡(4)、拉曼管(5)、第二聚焦透鏡(6)、第三聚焦透鏡(7)、水汽Raman激光雷達(dá)紫外高分辨率光柵光譜儀⑶的光束入射孔具有相同的同心高。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的水汽Raman激光雷達(dá)紫外高分辨率光柵光譜儀標(biāo)定裝置，其特征在于:所述第一 45°全反射鏡(2)和第二 45°全反射鏡(3)對(duì)355nm光信號(hào)具有全反射性，對(duì)532nm的光信號(hào)具有全透過性，并且調(diào)整架調(diào)諧精度高，旋鈕調(diào)整1°，光束指向性調(diào)整 0.02mrad。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的水汽Raman激光雷達(dá)紫外高分辨率光柵光譜儀標(biāo)定裝置，其特征在于:所述第一聚焦透鏡(4)和第二聚焦透鏡(6)焦距相同，構(gòu)成共焦系統(tǒng)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的水汽Raman激光雷達(dá)紫外高分辨率光柵光譜儀標(biāo)定裝置，其特征在于:所述拉曼管(5)的窗口鏡片為特質(zhì)的鍍膜石英片，入射端窗口鏡片鍍膜提高355nm激光的透過率，出射端窗口鏡片鍍膜減小355nm激光的透過率；選擇合適的長度10-30cm，保證可以產(chǎn)生H2O拉曼信號(hào)，同時(shí)不會(huì)因?yàn)槔苓^長而造成拉曼管內(nèi)H2O對(duì)H2O拉曼信號(hào)的吸收。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的水汽Raman激光雷達(dá)紫外高分辨率光柵光譜儀標(biāo)定裝置，其特征在于:所述拉曼管(5)上裝有液壓表和氣閥，可以實(shí)時(shí)監(jiān)視和控制拉曼管內(nèi)氣體的壓強(qiáng)，從而調(diào)節(jié)產(chǎn)生拉曼信號(hào)所需的激光器脈沖能量。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的水汽Raman激光雷達(dá)紫外高分辨率光柵光譜儀標(biāo)定裝置，其特征在于:所述第三聚焦透鏡(7)的必須使從拉曼管(5)出射的拉曼光，經(jīng)第二聚焦透鏡(6)和第三聚焦透鏡(7)后與水汽Raman激光雷達(dá)紫外高分辨率光柵光譜儀的F數(shù)相匹配。
9.一種水汽Raman激光雷達(dá)光譜儀標(biāo)定方法,其特征在于實(shí)現(xiàn)步驟如下: 通過激光雷達(dá)光源(I)出射355.0nm激光激發(fā)拉曼管(5)中的氣體，出射的拉曼光作為光譜儀(8)的入射信號(hào)光源； a.標(biāo)定H2O拉曼通道和Rayleigh - Mie散射信號(hào)通道 拉曼管(5)中充滿去離子水，激光雷達(dá)光源(I)出射的355.0nm激光經(jīng)第一 45°全反射鏡(2)和第二 45°全反射鏡(3)折返后，入射到第一聚焦透鏡(4)，然后入射到拉曼管(5)入射端窗口的中心，激發(fā)拉曼管(5)中的水分子，獲得中心波長為407.8nm的拉曼光，這與大氣回波水汽拉曼信號(hào)的中心波長一致，因此用它代替大氣中的水汽回波信號(hào)；同時(shí)，拉曼光出射的光束還包括剩余的355.0nm的光，可以用它標(biāo)定Rayleigh -Mie散射信號(hào)通道；拉曼管(5)出射的H2O拉曼光經(jīng)第二聚焦透鏡(6)和第三聚焦透鏡(7)后，與水汽Raman激光雷達(dá)紫外高分辨率光柵光譜儀(8)的F數(shù)相匹配，進(jìn)入光譜儀(8)，通過調(diào)節(jié)水汽Raman激光雷達(dá)紫外高分辨率光柵光譜儀中的平凹反射鏡(10)、平面衍射光柵(11)和第三矩形反射鏡(14)的角度和位置，使H20拉曼光從出光口 3中心發(fā)射出去，然后調(diào)節(jié)光譜儀8中第一矩形反射鏡(12)的位置，使Rayleigh - Mie散射信號(hào)從出光口 I中心發(fā)射出去； 在該過程中，確定了水汽Raman激光雷達(dá)紫外高分辨率光柵光譜儀中平凹反射鏡(10)、第一矩形反射鏡(12)、第三矩形反射鏡(14)和平面衍射光柵(11)的位置和角度，在后面對(duì)N2拉曼通道的定標(biāo)過程中，不能再調(diào)節(jié)這些光學(xué)元件的位置和角度； 在標(biāo)定過程中，需要保證激光光源(I)和第一 45°全反射鏡(2)、第二 45°全反射鏡(3)、第一聚焦透鏡(4)、拉曼管(5)、第二聚焦透鏡(6)、第三聚焦透鏡(7)、水汽Raman激光雷達(dá)紫外高分辨率光柵光譜儀(8)的光束入射孔具有相同的同心高； b.標(biāo)定N2拉曼通道 拉曼管(5)中充滿N2，激光雷達(dá)光源(I)出射的355.0nm激光激發(fā)經(jīng)第一 45°全反射鏡(2)和第二 45°全反射鏡(3)折返后，入射到第一聚焦透鏡(4)，然后入射到拉曼管(5)入射端窗口的中心，激發(fā)拉曼管(5)中的N2分子，獲得中心波長為386.7nm的拉曼光，這與大氣回波N2拉曼信號(hào)的中心波長一致，因此用它來代替大氣中的N2回波信號(hào)；拉曼管(5)出射的N2拉曼光經(jīng)第二聚 焦透鏡(6)和第三聚焦透鏡(7)后，與水汽Raman激光雷達(dá)紫外高分辨率光柵光譜儀(8)的F數(shù)相匹配，進(jìn)入光譜儀(8)，通過調(diào)節(jié)水汽Raman激光雷達(dá)紫外高分辨率光柵光譜儀中的第二矩形反射鏡(13)，使N2拉曼光從出光口 2中心發(fā)射出去； 在標(biāo)定N2拉曼通道時(shí)，光譜儀前置光路應(yīng)保持不變； 在標(biāo)定過程中，需要保證激光光源(I)和第一 45°全反射鏡(2)、第二 45°全反射鏡(3)、第一聚焦透鏡(4)、拉曼管(5)、第二聚焦透鏡(6)、第三聚焦透鏡(7)、水汽Raman激光雷達(dá)紫外高分辨率光柵光譜儀(8)的光束入射孔具有相同的同心高； c.在標(biāo)定三個(gè)通道時(shí)，光譜儀的光軸與前置光路的光軸應(yīng)重合，不能有夾角。
【文檔編號(hào)】G01J3/44GK103712971SQ201310751352
【公開日】2014年4月9日 申請(qǐng)日期:2013年12月31日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月31日
【發(fā)明者】張?zhí)焓? 王歡雪, 劉文清, 劉建國, 方武, 范廣強(qiáng), 董云升, 陸亦懷 申請(qǐng)人:中國科學(xué)院合肥物質(zhì)科學(xué)研究院