一种大气传输激光透过率的测量方法
【专利摘要】本发明公开了一种利用太阳辐射计获得激光大气透过率的方法，利用太阳辐射计测量得到特定波段的太阳辐射总透过率Tsun和大气垂直水汽柱含量PW，结合辐射传输方程和MODTRAN5.0软件模拟计算、光谱响应函数f(λ)，最后得到大气对激光的总透过率Tlaser的最终计算模型。本发明方法充分考虑了激光窄光谱透过率与太阳光宽光谱透过率的差异，建立了激光大气透过率与太阳辐射计测量得到的太阳透过率和大气垂直水汽柱含量的关系，将激光在大气中传输时透过率测量误差降到最小，适用于大气分子吸收主要表现为H2O吸收的情况。
【专利说明】一种大气传输激光透过率的测量方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及激光大气传输领域，具体是一种大气传输激光透过率的测量方法。
【背景技术】
[0002]激光在大气中传输时，会因大气的作用而受到衰减，激光的传输效率即透过率的测量和计算对于激光大气探测、激光传输实验和自由空间激光通信都非常重要。通常情况下，激光透过率的测量是通过发射激光的方式直接测量，但是单一的测量方式不易验证测量的准确性，当激光在大气中的透过率不易直接测量时，建立太阳透过率与激光透过率的关系，利用太阳透过率导出激光透过率，是对直接测量方式强有力的补充。但是由于太阳是宽光谱，窄带滤光片也有一定的带宽，若直接将特定波长的太阳光透过率等同于激光透过率是存在一定误差的，尤其是对于同时输出多条波长且间隔相近的激光器而言，这种近似会导致较大误差。
【发明内容】
[0003]本发明的目的是提供一种大气传输激光透过率的测量方法，以解决现有技术激光在大气中传输时透过率测量不准确的问题。
[0004]为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案为:
[0005]一种大气传输 激光透过率的测量方法，其特征在于，包括以下步骤:
[0006](I)、利用太阳辐射计测量得到特定波段的太阳辐射总透过率Tsm和大气垂直水汽柱含量PW ；
[0007](2)、根据大气对太阳光、激光的衰减特性，对于大气中的分子吸收主要是水汽吸收的波段，确定大气对太阳光、激光的衰减作用之间的关系，并建立大气对激光的总透过率TlasCT，其表达式如公式(I)所示:
[0008]Tlaser = 1-[(1-Tlaserw)+ ((1-Tsun)-(1-Tsunw))] = Tsun-Tsunw+Tlaserw (I),
[0009]公式⑴中，Tsun为太阳辐射计测量得到特定波段的太阳辐射总透过率，Tsm w为太阳辐射水汽透过率，Tlaser w为激光谱线水汽透过率；
[0010](3)、利用所测量的太阳辐射总透过率Tsun和大气垂直水汽柱含量PW，结合辐射传输方程和M0DTRAN5.0软件以及滤光片的光谱响应函数、激光谱线的相对强度，计算太阳辐射水汽透过率Tsm w和激光谱线水汽透过率Tlasw w ；
[0011]其中，太阳辐射水汽透过率Tsun w的计算公式如公式(2)所示:
[0012]Txm w = exp(-//, (mPW f )
~ \ ? / f
[0013]激光谱线水汽透过率的计算公式如公式(3)所示:
[0014]Tlaxir ? = cxpta2(mPWrf)
細\0 J f
[0015]公式(2)和公式(3)中，m= {cos Θ +0.15(93.885- θ Π θ 是天顶角，根据测量需要可以任意选取为常数，与给定的大气条件、太阳辐射计滤光片的光谱响应函数f ( λ )、水汽的垂直分布因素有关，所述的滤光片的光谱响应函数f( λ )直接由所选用的滤波片决定；
[0016]根据辐射传输方程，借助于M0DTRAN5.0软件和相关数据处理计算常数％、b, (i =1，2)的过程如下:
[0017]依照Bruegge和Halthore的研究,通带水汽透过率Tw与斜程水汽量w (w = mPff)的关系为:
【权利要求】
1.一种大气传输激光透过率的测量方法，其特征在于，包括以下步骤: (1)、利用太阳辐射计测量得到特定波段的太阳辐射总透过率Tsun和大气垂直水汽柱含量PW ； (2)、根据大气对太阳光、激光的衰减特性，对于大气中的分子吸收主要是水汽吸收的波段，确定大气对太阳光、激光的衰减作用之间的关系，并建立大气对激光的总透过率Tlasw，其表达式如下所示: T =1- T(?-Τ 彳 + T?-Τ 彳一---Τ ^I=T -T +τ
丄 laser丄 L 、丄丄 laser_w7 \ \ 丄丄 sun^ 、丄丄 sun_w7 7 」丄 sun 丄 sun_w 丄 laser_w 其中，Τ.为太阳辐射计测量得到特定波段的太阳辐射总透过率，Tsm w为太阳辐射水汽透过率，Tlaser w为激光谱线水汽透过率； (3)、利用所测量的太阳辐射总透过率Tsun和大气垂直水汽柱含量PW，结合辐射传输方程和M0DTRAN5.0软件以及滤光片的光谱响应函数、激光谱线的相对强度，计算太阳辐射水汽透过率Tsun w和激光谱线水汽透过率Tlasw w ； 其中，太阳辐射水汽透过率Tsun w的计算公式如下式所示:
2.根据权利要求1所述的一种大气传输激光透过率的测量方法，其特征在于:所述的大气中的分子吸收主要是水汽吸收的波段，选定1300~1360nm波段，在此波段范围内，对于所选用的1330nm的滤光片和1319nm与1338nm双波长Nd:YAG脉冲激光，在中纬度夏季地区，得到 BpVayb2 的值分别为 B1 = 0.26262,bi = 0.60347，a2 = 0.00263，b2 = 0.31861。
【文档编号】G01N21/59GK104034700SQ201410280685
【公开日】2014年9月10日 申请日期:2014年6月21日 优先权日:2014年6月21日
【发明者】程知, 侯再红, 何枫, 谭逢富, 靖旭, 秦来安, 张巳龙 申请人:中国科学院合肥物质科学研究院