国产自产21区,亚洲97,免费毛片网,国产啪视频,青青青国产在线观看,国产毛片一区二区三区精品

水汽Raman激光雷達紫外高分辨率光柵光譜儀的制作方法
【專利摘要】本發明公開了一種水汽Raman激光雷達紫外高分辨率光柵光譜儀，包括小孔光闌、平凹反射鏡、平面衍射光柵和矩形反射鏡等。該光譜儀可以通過對平凹反射鏡、平面衍射光柵和矩形反射鏡的角度和位置的調節來實現水汽Raman激光雷達回波信號中氮氣和水汽振動拉曼散射信號的高精度提取。本發明不僅結構簡單，而且易于調節，可以滿足水汽Raman激光雷達系統對大氣水汽時空分布的高效率探測。
【專利說明】水汽Raman激光雷達紫外高分辨率光柵光譜儀
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種水汽Raman激光雷達紫外高分辨率光柵光譜儀，具體是涉及將利用衍射光柵的分光性能，建立水汽Raman激光雷達紫外高分辨率光柵光譜儀裝置，實現對水汽Raman激光雷達回波信號的接收。
【背景技術】
[0002]水汽是大氣溫度變化范圍內唯一可以發生相變的成分，在天氣過程，氣候變化，地氣系統的能量交換等過程中具有極其重要的作用。因此，水汽含量的檢測對大氣環境和人類生產活動都具有十分重要的意義。
[0003]Raman激光雷達技術自20世紀60年代發展起來，它具有很高的時空分辨率，并且結構相對簡單，成為近年來水汽探測的有效工具之一。該技術利用大氣分子如氮氣(N2)、水汽(H2O)的拉曼散射效應,根據大氣分子與特定散射光強度之間的相互依存特性，從而實現對大氣中水汽的探測和研究。國內外許多科研機構對水汽Raman激光雷達技術進行了深入的研究，并取得了一系列的進展。
[0004]水汽Raman激光雷達可以用來獲得大氣中的水汽混合比時空分布廓線、氣溶膠消光系數、后向散射系數、激光雷達比等一系列大氣參數。對于激光雷達而言，回波信號中包含多個波長信號，因此如何將各個波長的回波信號分離并分別采集成為Raman激光雷達技術的關鍵。
[0005]由于大氣分子的Rayleigh-Mie散射信號比Raman散射信號強幾個數量級,所以Rayleigh-Mie散射信號對Raman信號的干擾是必須考慮的因素，因此水汽Raman激光雷達系統要求對Rayleigh-Mie散射信號的抑制率高于10_7量級，所以在水汽Raman激光雷達系統中必須使用性能優異的高分辨率的分光系統來分離和提取大氣回波中的拉曼散射信號，同時較強得抑制Rayleigh-Mie散射回波的信號。
[0006]目前，水汽Raman激光雷達常用的分光系統主要利用濾光片、三棱鏡、Fabry-Perot標準具和原子濾波器等。由各種濾波片組成的分光系統應用最為廣泛，其主要優點有:結構簡單、系統穩定，缺點是濾光片結構難以抑制相近波長間的干擾，因此對于多波長激光雷達，濾光片分光系統透過率較低，同時容易降低回波信號的利用率；三棱鏡分光時容易在棱鏡側面上發生全發射現象從而造成較強的雜散光fabry-Perot標準具和原子濾波器等分光系統結構比較復雜，通常不用于紫外分光。
[0007]所以，提供一種可以在微弱光信號中實現拉曼散射信號的分離和提取的高靈敏度水汽Raman激光雷達紫外高分辨率光柵光譜儀實為必要。
[0008]由于進入水汽Raman激光雷達分光系統的米散射以及Raman散射信號波長包括355.0,386.7和407.8nm,同時由于白天太陽背景光也會對回波信號噪聲干擾，因此我們需要采用一種合理的分光系統，可以充分抑制太陽背景光的干擾，同時實現對三個波長的回波信號的分光。
【發明內容】

[0009]本發明所要解決的技術問題是可以在微弱光信號中實現對拉曼散射回波信號的分離和提取，同時可以充分抑制白天探測時強烈的太陽光對水汽Raman激光雷達回波信號的干擾。
[0010]本發明技術解決方案:水汽Raman激光雷達紫外高分辨率光柵光譜儀，包括:小孔光闌1、平凹反射鏡2、平面衍射光柵3和第一矩形反射鏡4、第二矩形反射鏡5、第三矩形反射鏡6。所述小孔光闌1、平凹反射鏡2、平面衍射光柵3和第一矩形反射鏡4、第二矩形反射鏡5、第三矩形反射鏡6必須有相同的同心高；所述小孔光闌I限制了 Raman水汽激光雷達回波信號光束的孔徑；所述平凹反射鏡2將從小孔光闌I入射進來的光信號反射到平面衍射光柵3上面，為了提高平面衍射光柵3的利用率，平凹反射鏡2反射到平面衍射光柵3上的是一個發散光斑；所述平面衍射光柵3使從平凹反射鏡2反射過來光束發生色散，并根據入射光束波長不同(355nm、386.7nm、407.8nm)以不同的方向發射出去；所述的第一矩形反射鏡4、第二矩形反射鏡5和第三矩形反射鏡6分別接收由平面衍射光柵3反射回來的不同波長的光(355nm、386.7nm、407.8nm)，分別將它們反射到出光口 1、出光口 2、出光口 3。
[0011]所述的小孔光闌1、平凹反射鏡2、平面衍射光柵3和第一矩形反射鏡4、第二矩形反射鏡5、第三矩形反射鏡6必須具有相同的同心高。
[0012]所述小孔光闌I限制了入射光束的孔徑，使之與水汽Raman激光雷達紫外高分辨率光柵光譜儀的F數相匹配。
[0013]所述平凹反射鏡2，鏡面鍍膜，使鏡面反射率大于98%，提高入射光束的利用率，同時使光束聚焦在小孔光闌與平凹反射鏡之間，且其特性對溫度、濕度、壓力等環境變化不敏感。可以通過調節平凹反射鏡的機械裝置來精密調節平凹反射鏡的角度和距離小孔光闌的距離，以滿足不同實際情況下測量的需要。其角度調節誤差小于0.1°。
[0014]所述平面衍射光柵3，每微米的光柵條數為5，衍射級數為1，反射的波長范圍為200?420nm，光柵的分辨率為0.lnm，且其特性對溫度、濕度、壓力等環境變化不敏感，同時可以通過調節平面衍射光柵的機械裝置來精密調節平面衍射光柵的角度與距平凹反射鏡的距離，以滿足不同實際情況下測量的需要。其角度調節誤差小于0.1°。
[0015]所述第一矩形反射鏡4、第二矩形反射鏡5和第三矩形反射鏡6，鏡面鍍膜，鏡面反射率大于98%，使出射光束在出光口處聚焦，且其特性對溫度、濕度、壓力等環境變化不敏感。同時可以通過調節矩形反射鏡的機械裝置來精密調節矩形鏡的角度和距離平面衍射光柵的距離，以滿足不同實際情況下測量的需要。其角度調節誤差小于0.1°。
[0016]所述出光口 1、出光口 2和出光口 3在一個平面上。
[0017]所述小孔光闌1、平凹反射鏡2、平面衍射光柵3和第一矩形反射鏡4、第二矩形反射鏡5、第三矩形反射鏡6必須封裝在黑色的暗箱之中，使水汽Raman激光雷達紫外分辨率光柵光譜儀不受外界雜散光的干擾。
[0018]本發明與現有的水汽Raman雷達分光系統相比的優點在于:
[0019](I)本發明中使用的平面衍射光柵、平凹反射鏡和矩形反射鏡對溫度、濕度、壓力等環境變化不敏感，從而大大提高了水汽Raman激光雷達紫外高分辨率光柵光譜儀的長期穩定性。
[0020](2)本發明的光譜分辨率為0.lnm，具有高光譜分辨率，對波長(355nm、386.7nm和407.8nm)的選擇性好，特別適合多波長、多通道光信號探測。
[0021 ] ( 3 )本發明光通量大，效率高，能量損失小，適合微弱信號探測。
[0022](4)本發明帶外抑制能力大大增強，抗雜散光干擾，使用于白天強背景噪聲下Raman回波信號的探測。
[0023](5)本發明的激光回波信號可通過光纖耦合進入紫外高分辨率光柵光譜儀，相對已有的雷達分光系統，光學設計更為靈活。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0024]圖1為水汽Raman激光雷達紫外高分辨率光柵光譜儀的結構圖。
【具體實施方式】
[0025]下面結合附圖對本發明作進一步的詳細說明。
[0026]如圖1所示，雷達望遠鏡接收到的待分離的回波信號經小孔光闌1，入射光束的孔徑受到限制，并與光柵光譜儀的F數相匹配；從小孔光闌I出射的光束水平入射到平凹反射鏡2，平凹反射鏡2將光束反射到平面衍射光柵3，在平面衍射光柵3上形成一個發散的光斑(提高光柵的利用效率)，入射到平面衍射光柵3的光束將發生衍射色散。光束衍射時，遵循光柵方程:dsin0 =kA仏=0，±1，±2...)，式中(1為光柵常數，入為入射波長，1^為衍射級次，Θ為衍射角。由衍射方程可知，當光柵常數d—定時，衍射角隨入射波長的不同而不同。當平凹反射鏡2反射回來的含有多種波長成分(355nm、386.7nm和407.8nm)的復合光入射到平面衍射光柵 3表面時，平面衍射光柵3根據光柵方程將入射光以不同的衍射角反射出去。依次調節第一矩形反射鏡4、第二矩形反射鏡5和第三矩形反射鏡6的機械裝置，使之分別接收來自不同角度的光束，其中，第一矩形反射鏡4接收355nm的光束，將其反射到出光口 1，光束焦點會聚到出光口 I ;第二矩形反射鏡5接收386.7nm的光束，將其反射到出光口 2，光束焦點會聚到出光2 ;第三矩形反射鏡6接收407.8nm的光束，將其反射到出光口 3，光束焦點會聚到出光口 3。然后利用出光口 1、出光口 2和出光口 3處安裝的光電倍增管分別探測出355nm、386.7nm和407.8nm回波信號的信號強度。
[0027]本發明未詳細闡述部分屬于本領域技術人員的公知常識。
【權利要求】
1.一種水汽Raman激光雷達紫外高分辨率光柵光譜儀，其特征在于包括:小孔光闌(I)、平凹反射鏡(2)、平面衍射光柵(3)和第一矩形反射鏡(4)、第二矩形反射鏡(5)、第三矩形反射鏡(6);所述小孔光闌(I)、平凹反射鏡(2)、平面衍射光柵(3)和第一矩形反射鏡(4)、第二矩形反射鏡(5)、第三矩形反射鏡(6)必須有相同的同心高；所述小孔光闌(I)限制了 Raman水汽激光雷達回波信號光束的孔徑；所述平凹反射鏡(2)將從小孔光闌(I)入射進來的光信號反射到平面衍射光柵(3)上面，為了提高平面衍射光柵(3)的利用率，平凹反射鏡(2)反射到平面衍射光柵(3)上的是一個發散光斑；所述平面衍射光柵(3)使從平凹反射鏡(2)反射回來的含有多種波長(355nm、387.6nm和408.7nm)的復合光束發生色散，并根據入射光束波長不同以不同的角度反射出去；所述的第一矩形反射鏡(4)、第二矩形反射鏡(5)和第三矩形反射鏡(6)分別接收由平面衍射光柵(3)反射回來的不同波長的光，分別將它們反射到出光口 1、出光口 2、出光口 3。
2.根據權利要求1所述的水汽Raman激光雷達紫外高分辨率光柵光譜儀，其特征在于:所述小孔光闌(I)、平凹反射鏡(2)、平面衍射光柵(3)和第一矩形反射鏡(4)、第二矩形反射鏡(5 )、第三矩形反射鏡(6 )具有相同的同心高。
3.根據權利要求1所述的水汽Raman激光雷達紫外高分辨率光柵光譜儀，其特征在于:所述小孔光闌(I)限制了入射光束的孔徑，使之與水汽Raman激光雷達紫外高分辨率光柵光譜儀的F數相匹配。
4.根據權利要求1所述的水汽Raman激光雷達紫外高分辨率光柵光譜儀，其特征在于:所述平凹反射鏡，鏡面鍍膜，使鏡面反射率大于98%，提高入射光束的利用率，使光束聚焦在小孔光闌與平凹反射鏡之間，且其特性對溫度、濕度、壓力等環境變化不敏感；同時可以通過調節平凹反射鏡的機械裝置來精密調節平凹反射鏡的角度和與小孔光闌的距離，以滿足不同實際情況下測量的需要，角度調節誤差小于0.1°。
5.根據權利要求1所述的水汽Raman激光雷達紫外高分辨率光柵光譜儀，其特征在于:所述平面衍射光柵每微米的光柵條數為5，衍射級數為1，反射的波長范圍為200?420nm，光柵的分辨率為0.lnm，且其特性對溫度、濕度、壓力等環境變化不敏感。同時可以通過調節平面衍射光柵的機械裝置精密來調節平面衍射光柵的角度與距平凹反射鏡的距離，以滿足不同實際情況下測量的需要，角度調節誤差小于0.1°。
6.根據權利要求1所述的水汽Raman激光雷達紫外高分辨率光柵光譜儀，其特征在于:所述第一矩形反射鏡(4)、第二矩形反射鏡(5)和第三矩形反射鏡(6)的鏡面鍍膜，鏡面反射率大于98%，使出射光束在出光口處聚焦，同時可以通過調節矩形反射鏡的機械裝置來精密調節矩形鏡的角度和距離平面衍射光柵的距離，以滿足不同實際情況下測量的需要，且其特性對溫度、濕度、壓力等環境變化不敏感。其角度調節誤差小于0.1°。
7.根據權利要求1所述的水汽Raman激光雷達紫外高分辨率光柵光譜儀，其特征在于:所述出光口 1、出光口 2和出光口 3在一個平面上。
8.根據權利要求1所述的水汽Raman激光雷達紫外高分辨率光柵光譜儀，其特征在于:所述小孔光闌(I)、平凹反射鏡(2)、平面衍射光柵(3)和第一矩形反射鏡(4)、第二矩形反射鏡(5)和第三矩形反射鏡(6)封裝在黑色的暗箱之中，使水汽Raman激光雷達紫外分辨率光柵光譜儀不受外界雜散光的干擾。
【文檔編號】G01N21/65GK103698313SQ201310751355
【公開日】2014年4月2日 申請日期:2013年12月31日 優先權日:2013年12月31日
【發明者】張天舒, 王歡雪, 劉文清, 劉建國, 方武, 范廣強, 董云升, 陸亦懷 申請人:中國科學院合肥物質科學研究院