差分吸收激光雷达系统探测背景大气SO_2和NO_2

研制了一套可用于探测背景大气SO_2和NO_2的差分吸收激光雷达系统。该系统利用两台Nd…YAG激光器的二倍频和三倍频产生532nm/355nm的激光,分别去抽运四台窄线宽的染料激光器,从而获得测量大气SO_2和NO_2分布所需的两对激光波长300.05nm/301.5nm和446.6nm/448.1nm。实验数据表明,在晴朗的天气条件下,当空间分辨率为15 m且积分时间为30 min时,大气SO_2和NO_2的测量精度分别可达±2.0×10~(-9)和±5.0×10~(-9),激光雷达探测的大气SO_2和NO_2平均浓度与当地气象部门同时间报告的浓度较一致,显示了差分吸收激光雷达技术监测低浓度SO_2和NO_2时空分布的能力。     

污染气体SO2和NO2紫外和可见光谱吸收截面测量

本文用我们自己研制的光谱测量系统测量了常温下的SO2在250～330nm波段和NO2在280～600nm波段的吸收截面,波长分辨率优于0.1nm,该测量结果可适用于传统低光谱分辨率仪器遥感大气污染气体含量,也可为激光差分吸收测量或激光雷达测量污染气体含量提供参考。     

车载差分吸收激光雷达对SO2的测量

介绍了自行研制的车载差分吸收激光雷达(DIAL)的系统结构和测量原理.利用可调谐激光器输出波长为286.3 nm和286.9 nm的激光测量SO2,测量范围为500m～3 km.该雷达在北京和合肥对SO2进行了实地测量,给出实测的部分典型结果,测量结果与地面仪器定点测量的结果一致.分析了误差的几种影响因素,总的测量误差在距离分别率为300m时小于7×10-9.     

AML-2车载激光雷达测量臭氧的大气后向散射系数项修正方法研究

对于准同时发射两个波长激光的差分激光雷达,在测量时间内,大气波动对两个波长的激光回波信号的影响可能是不相同的.已有的大气修正方法是基于两个波长激光回波信号受到相同大气波动的基础之上,不适用于这种准同时的工作方式.提出了一种新的大气后向散射系数项修正方法,即利用Klett积分法,分别算出差分吸收激光雷达中两个波长激光的大气后向散射系数,得出大气后向散射系数修正项.这种方法应用于AML-2车载激光雷达测量臭氧的数据处理中,比对实验和大量的外场测量结果表明,这种修正方法是可行的、合理的.     

激光雷达用紫外—可见多波长同时输出的激光系统

报导了同时探测多种大气成分的空间垂直分布的激光雷达用多波长激光光源系统.该系统通过Nd∶YAG激光器选模输出的1064 nm激光经一级放大后,分成两束,其中一束光再通过放大,经过二倍频器及三倍频器后输出532 nm和355 nm激光束,532 nm波长的激光用于探测大气中气溶胶和温度的空间垂直分布;355 nm波长的激光用于探测平流层臭氧的参考光,同时也是使用Raman方法探测水汽混合比分布的激光光源.另一束1064 nm的激光通过放大后,经过二倍频器及四倍频器输出266 nm激光,其用作泵浦高压氘气拉曼(Raman)频移器而输出289 nm波长激光(1阶Stokes),用作探测对流层臭氧的吸收波长.通过同时使用XeCl准分子激光器输出308 nm波长的激光,采用差分吸收方法探测大气臭氧的垂直分布.最后给出了合肥地区一些典型的探测结果,如大气臭氧、气溶胶、水汽及温度等的分布及其特点.(OB19)     

Nd:YAG四倍频激光抽运氘后的拉曼效应及其在激光雷达中的应用

利用 Nd:YAG四倍频激光抽运氘气 (D2 )的受激拉曼效应 ,获得一阶斯托克斯 (Stokes)波长2 89nm。通过改变拉曼介质 D2 气压与抽运光能量 ,获得了一阶斯托克斯输出的较佳条件。该波长与 Xe Cl准分子激光波长 30 8nm采用差分吸收方法 ,建立了用于对流层臭氧探测的激光雷达 ,并初步获得了对流层大气臭氧的垂直分布及其时间变化特征。     

拉曼差分法探测大气中的臭氧

介绍了拉曼差分法测量对流层底部污染物O_3的基本原理。计算和研究了N_2,O_2的拉曼光谱强度分布特征,利用O_3对N_2,O_2紫外波段拉曼散射光的不同吸收特性,推导出O_3浓度反演公式;设计了拉曼差分激光雷达(Raman-DIAL)系统,该系统采用双通道分别接收N_2和O_2对紫外266 nm激光的拉曼散射光,通过拉曼差分法反演大气中O_3浓度。分析了激光雷达系统噪声的来源,对双通道滤光片提出了相应的要求;分析了大气中污染物SO_2,NO_2在紫外波段的吸收特性对拉曼差分法测量O_3的影响及造成的相对误差;利用差分激光雷达AML-2测得的O_3数据模拟了拉曼差分激光雷达系统N_2与O_2的拉曼信号,从而证实了该方法探测对流层底部大气臭氧含量垂直分布的可行性。     

中红外差分吸收激光雷达NO2测量波长选择及探测能力模拟

差分吸收激光雷达是高精度测量大范围二氧化氮浓度的有效途径。介绍了差分吸收激光雷达原理及系统结构,基于可调谐固体激光吸收技术,以0.01 nm为步长,测量了二氧化氮在3.410~3.435 m吸收光谱,实验结果表明,在1.0 atm（1 atm=1.013105 Pa）、25℃情况下,所测吸收光谱与模拟计算吸收光谱相关系数为92.01%,基于实测吸收光谱分析确定了二氧化氮测量激光波长对为on-line 3.424m、off-line 3.414m。并研究了差分吸收激光雷达二氧化氮测量信号预处理方法和去噪算法,仿真计算结果表明,采用信号预处理结合多重自相关检测法,可有效将1 km内模拟探测所得二氧化氮浓度反演结果误差降为0.1 mg/m3。     

边界层臭氧差分吸收激光雷达

差分吸收激光雷达是测量边界层臭氧空间分布的一种重要工具。研制了一台边界层臭氧差分吸收激光雷达系统,系统采用Nd:YAG四倍频激光266 nm泵浦H2/D2混合气体产生受激拉曼光作为光源,采用牛顿型望远镜接收大气回波,288.9 nm和299 nm的弹性散射信号被分成两路,被光电倍增管转换为电信号,然后通过A/D采集卡采集保存用以反演大气臭氧分布廓线。给出了系统的探测结果以及和臭氧探空仪地对比验证实验。结果显示该激光雷达可以大大降低几何因子的影响,提供0.2~2 km区间的边界层大气臭氧分布廓线。     

基于差分吸收激光雷达有毒有害气体遥测进展

差分吸收激光雷达具有探测距离远、灵敏度高、响应时间快等特点,可用于大范围大气有毒有害气体的遥感监测,成为近年来大气有毒有害气体激光遥测技术发展的重点。首先阐述了差分吸收激光雷达大气遥测基本原理,其次从激光器应用和系统平台发展两个方面分析了该技术的技术发展现状,最后提出了宽光谱、多波长、新探测体制的激光雷达、多平台应用、复合系统将成为未来基于差分吸收激光雷达有毒有害气体遥测发展方向。     

车载测污激光雷达电厂周边SO2测量研究

为验证AML-2车载测污激光雷达对较高二氧化硫浓度及其起伏变化的可测性,对电厂周边二氧化硫浓度作了针对测量.利用Nd:YAG激光器的四倍频抽运甲烷和氘气,获得它们一级斯托克斯Raman频移波长288.38 nm和289.04 nm用于二氧化硫的差分测量.在烟道方位探测到峰值浓度约1300 ppb的二氧化硫分布.得到了烟囱上下风处垂直剖面二氧化硫浓度分布图.反映了电厂废气排放对周边环境的影响.验证了AML-2车载测污激光雷达对较高二氧化硫浓度及其起伏变化的可测性.     

差分吸收激光雷达探测二氧化硫实验研究

二氧化硫是大气中最常见、最重要的污染物之一.差分吸收激光雷达探测二氧化硫具有高时空分辨率、高探测精度等优点.用两台Nd:YAG 激光器泵浦两台染料激光器后,通过倍频晶体得到测量大气二氧化硫所需的两个波长,它们分别是on=300.05nm 和off=301.5nm.将两束光束用几组反射镜合为一束光束,经扩束镜6 倍扩束后垂直发射进入到大气中.接收望远镜收集两个激光波长的大气后向散射信号,信号采集单元记录两个波长的后向散射回波信号的垂直高度分布.通过数据反演获得二氧化硫的高度分布.初步实验结果表明,实验期间合肥西郊董铺岛垂直高度0.3~1.6km 的二氧化硫在0~14ppb 范围内波动.最后分析并估算了该二氧化硫差分吸收激光雷达的四个主要误差来源.     

北京市大气SO2、NO2和O3的激光雷达监测实验

目前监测网中大部分SO2、NO2和O3监测设备为地基点式仪器.该种设备不能获得大气SO2、NO2和O3的空间分布信息.SO2、NO2和O3的空间分布数据在习惯上一般是通过球载探测仪来获取.但通过球载仪获得的数据时间和空间分辨率都较差.中科院安徽光机所已开发研制完成了车载测污激光雷达系统.该系统能进行大气SO2、NO2和O3进行三维空间扫描测量.利用该系统2001年12月27日至2002年1月27日期间于北京市进行了大气SO2、NO2和O3的监测实验,首次给出了北京市近地面层大气SO2、NO2和O3的激光雷达测量数据.测量数据与地面仪器的监测数据进行了比较,结果表明车载测污激光雷达系统的测量数据是合理可靠的.     

化学气体CO2差分吸收激光雷达告警技术的研究

为了对大气中化学污染物实时检测,采用差分吸收技术,研制出了CO2激光差分吸收雷达原理样机,介绍了CO2激光差分吸收雷达技术,阐述了差分吸收雷达的基本工作原理,并对激光雷达系统各分系统及工作流程作了描述,对雷达系统的实物仿真及系统联调进行了模拟试验,完成系统的多项功能的实际检测。试验结果表明,激光器光源的光束特性(激光束输出模式及吸收峰和吸收谷支线的光束相互指向稳定性等)对雷达系统的作用距离及侦测误报率及漏报率的影响非常大。     

ARL-1 Raman激光雷达系统探测大气二氧化碳

介绍了中国科学院安徽光学精密机械研究所研制的测量对流层大气二氧化碳的ARI-I Raman激光雷达系统,以Nd:YAG三倍频作为发射光源,接收大气中氮气和二氧化碳的Raman后向散射信号,反演大气中的二氧化碳混合比分布.在ARL-1 Raman激光雷达系统中,设计了测量Raman激光雷达常数的标定装置,实验结果表明,定标光源LED的稳定度可达99.5%.利用该系统对边界层二氧化碳进行了初步定量测量和分析.     

水汽差分吸收激光雷达发射机935 nm高功率光参量振荡器

水汽分子的3强振动吸收带位于935 nm附近,差分吸收激光雷达在这个波段具有高探测灵敏度。不幸这一波段位于Ti:Sapphire激光器增益带宽的边缘和Cr:Alexandrite激光器增益带宽之外,染料激光器有较高的自发荧光成分而使其光谱纯度不高,光参量频率转换器可以用作该波段水汽差分吸收激光雷达的发射机。动态稳定的环形谐振腔中有一对走离补偿的、70.7切角的KTP非线性晶体。它由种子注入单纵模Nd:YAG激光器的二倍频532 nm光脉冲泵浦,脉冲重复频率10 Hz。通过935 nm分布反馈半导体激光器种子注入和ramp-hold-fire方法,主动锁定光参量振荡器谐振腔的腔长。发射机平均输出功率达到4.5 W,脉冲长度6 ns,光（532 nm）-光（935 nm）转换效率大于17%,光频的短程和长程频率稳定性30 MHz（RMS）。光束质量M2大约7.8,光谱纯度可以达到99.9%。它将是空间探测大气水汽廓线遥感器的候选光源之一。     

用车载差分吸收激光雷达系统遥测二氧化硫

介绍了自行研制的车载差分吸收激光雷达系统，此台雷达被用于监测大气污染如二氧化硫等。利用此台雷达在北京和合肥进行了实地测量，给出了对二氧化硫测量的典型结果并进行讨论分析。     

Coherent laser radar at 2 μm using solid-state lasers

The development of a coherent laser radar system using 2-μm Tm and Tm, Ho-doped solid-state lasers, which is useful for the remote range-resolved measurement of atmospheric winds, aerosol backscatter, and differential absorption lidar (DIAL) measurements of atmospheric water vapor and CO₂ concentrations, is described. Measurements made with the 2-μm coherent laser radar system, advances in the laser technology, and atmospheric propagation effects on 2-μm coherent lidar performance are discussed. Results include horizontal atmospheric wind measurements to >20 km. vertical wind measurements to >5 km, near-horizontal cloud returns to 100 km, and hard target (mountainside) returns from 145 km     

窄脉冲宽调谐调Q Cr:LiSAF激光器及其应用研究

研究了窄脉冲宽调谐调 QCr:Li SAF激光器的输出特性 ,在峰值波长 850 nm附近获得了单脉冲能量为 2 1 4 m J,脉宽为 2 0 ns的稳定调 Q输出 ,线宽小于 0 .2 nm。分析了 Cr:Li SAF激光器中影响调 Q的因素和晶体损伤问题 ,研究了基于 Cr:Li SAF的双波长可调谐激光器在差分吸收激光雷达中的应用