高空大气瑞利散射风温探测激光雷达

摘要

本发明公开了一种高空大气瑞利散射风温探测激光雷达，用于高空大气探测。该激光雷达由激光发射单元(1)、接收望远镜(2)、光纤(3)、鉴频单元(4)和数据采集与处理单元(5)组成。其中，发射激光的输出频率采用原子吸收稳频，鉴频单元采用同种原子的三个通道鉴频，分别获得回波光谱的全谱、左边缘谱和右边缘谱的强度，可同时得到大气的密度、温度和风场。本发明的优点在于：背景光抑制能力强，鉴频精度高，探测误差小，工作稳定可靠。

主权项

高空大气瑞利散射风温探测激光雷达由激光发射单元(1)、接收望远镜(2)、光纤(3)、鉴频单元(4)和数据采集与处理单元(5)组成，其特征在于，激光发射单元(1)的激光输出方向及接收望远镜(2)的轴线均与水平面垂直放置，光纤(3)的接收端位于接收望远镜(2)的焦点上且与接收望远镜(2)同轴，输出端置于鉴频单元(4)凸透镜(44)的焦点上且与凸透镜(44)同轴，鉴频单元(4)的三个光电倍增管(113、213和313)的输出端分别连接到数据采集与处理单元(5)的输入端；其中，激光发射单元(1)的结构为：激光器(11)的放置使得激光的发射方向与水平面垂直，第一分光片(12)置于激光器(11)输出光路中且与光路呈45度角，在第一分光片(12)的反射光路中依次放置第六原子泡(13)和光电探测器(14)，光电探测器(14)的输出端连接到稳频控制器(15)的输入端，稳频控制器(15)的输出端连接到激光器(11)的稳频控制端；其中，鉴频单元(4)由凸透镜(44)、滤光片(45)、分光组件(46)、左边带原子鉴频通道(41)、右边带原子鉴频通道(42)和中心带原子鉴频通道(43)组成；凸透镜(44)、滤光片(45)与分光组件(46)的第四偏振棱镜(461)依次同轴排列，分光组件(46)由第四偏振棱镜(461)、第二分光片(462)和反射镜(463)组成，在第四偏振棱镜(461)的透射光方向依次排列第二分光片(462)和反射镜(463)，第二分光片(462)和反射镜(463)与第四偏振棱镜(461)的透射光方向呈45度角；在第四偏振棱镜(461)的折射光方向正对折射光放置左边带原子鉴频通道(41)，在第二分光片(462)的反射光方向正对反射光放置右边带原子鉴频通道(42)，在反射镜(463)的反射光方向正对反射光放置中心带原子鉴频通道(43)；左边带原子鉴频通道(41)的结构为：第一磁体(102)、第一原子泡(104)、第二磁体(105)、第一偏振棱镜(106)、第一1/4波片(107)、第三磁体(109)、第二原子泡(111)、第四磁体(112)和第一光电倍增管(113)依次同轴排列；第一偏振棱镜(106)的偏振方向与第四偏振棱镜(461)折射光的偏振方向垂直；第一原子泡(104)内装钠原子，置于圆筒型第一恒温筒(103)的中间，恒温温度为摄氏170度，第一磁体(102)、第二磁体(105)呈圆环型，置于第一恒温筒(103)的两端，在第一原子泡(104)处产生200Gs的磁场，第一磁屏蔽筒(101)包裹在第一磁体(102)、第二磁体(105)和第一恒温筒(103)的外面；第二原子泡(111)内装钠原子，置于圆筒型第二恒温筒(110)的中间，恒温温度为摄氏170度，第三磁体(109)、第四磁体(112)呈圆环型，置于第二恒温筒(110)的两端，在第二原子泡(111)处产生200Gs的磁场，第二磁屏蔽筒(108)包裹在第三磁体(109)、第四磁体(112)和第二恒温筒(110)的外面，第一波片(107)的晶轴方向与第一偏振棱镜(106)的偏振方向呈正45度角；右边带原子鉴频通道(42)的结构与左边带原子鉴频通道(41)的区别仅在于，第二偏振棱镜(206)的偏振方向与第二分光片(462)反射光的偏振方向垂直；第二1/4波片(207)的晶轴方向与第二偏振棱镜(206)的偏振方向呈负45度角；中心带原子鉴频通道(43)的结构为：第九磁体(302)、第五原子泡(304)、第十磁体(305)、第三偏振棱镜(306)和第三光电倍增管(313)依次同轴排列；第三偏振棱镜(306)的偏振方向与反射镜(463)反射光的偏振方向垂直；第五原子泡(304)内装钠原子，置于圆筒型第五恒温筒(303)的中间，恒温温度为摄氏170度，第九磁体(302)、第十磁体(305)呈圆环型，置于第五恒温筒(303)的两端，在第五原子泡(304)处产生2200Gs的磁场，第五磁屏蔽筒(301)包裹在第九磁体(302)、第十磁体(305)和第五恒温筒(303)的外面。