一种偏振拉曼激光雷达发射接收系统的制作方法
【技术领域】
[0001] 本实用新型涉及激光雷达技术领域，尤其涉及用于精准测量大气气溶胶、云退偏 比及后向散射系数等参数的一种偏振拉曼激光雷达发射接收系统。
【背景技术】
[0002] 偏振拉曼激光雷达属于大气遥感领域。偏振激光雷达发射一束线偏光，同时接收 回波信号中垂直和平行于发射激光偏振方向的分量，不仅能对气溶胶及云在大气中的含量 进行探测，还能通过对回波信号的偏振态的测量来获取气溶胶及云粒子的形状信息，以用 于判断气溶胶和云的类型，被广泛应用于大气遥感探测。偏振拉曼激光雷达在此基础上加 入氮气拉曼信号，可以获得更好的气溶胶消光及后向散射结果。偏振拉曼激光雷达结构简 单，适合机载或者其它移动式观测，被大量用于组建激光雷达观测网。
[0003] 在发射系统方面保证发射激光的线偏振纯度和控制激光的偏振方向；在接收系统 确保平行通道和垂直通道偏振光的纯度对精准测量大气气溶胶及云的退偏比有着重要意 义。
[0004] 另外传统的利用Fernald方法反演气溶胶后向散射系数需要对气溶胶的消光和 后向散射系数之间的关系进行假设，这种假设带来的数据不确定性较大。 【实用新型内容】
[0005] 本实用新型的目的在于提出一种偏振拉曼激光雷达发射接收系统，用于激光工作 波段为532nm的激光雷达发射及接收光学系统，够提高偏振拉曼激光雷达在探测大气气溶 胶及云时的数据精度，克服现有技术存在的不足。
[0006] -种偏振拉曼激光雷达发射接收系统，包括：发射单元和接收单元；
[0007] 所述发射单元，从出光端到发射端依次包括：用于发射激光的激光器，用于提高 激光器发射激光的线偏振纯度的起偏器，用于反射532nm波长的光、透射1064nm波长的光 且同时作为反射镜调节光路的第一分色镜，用于调节激光器发射线偏振激光的偏振方向的 1/2波片，用于反射532nm波长的光、透射1064nm波长的光且同时作为反射镜调节光路的第 二分色镜，用于减少激光的发散角以提高激光雷达探测效率的扩束镜，用于反射532nm波 长的光、透射l〇64nm波长的光的第一反射镜及用于将第一反射镜反射的激光透射出去的 窗口；
[0008] 所述接收单元，从接收端到处理端依次包括：用于接收回波信号的望远镜，用于调 整回波信号视场的光阑，用于反射回波信号的第二反射镜，用于将回波信号准直为平行光 的准直透镜，用于分离回波信号中的弹性散射信号和拉曼散射信号的第三分色镜，用于去 除反射的拉曼散射信号中的杂散光的窄带滤光片，用于汇聚拉曼散射信号的第一凸透镜， 用于接收拉曼散射信号并转换为电信号的第一光电倍增管，用于将弹性散射信号分为平行 偏振光和垂直偏振光的偏振分光晶体组，用于去除平行偏振的弹性散射信号中的杂散光的 第一窄带滤光片组，用于汇聚平行偏振的弹性散射信号的第二凸透镜，用于接收平行偏振 的弹性散射信号并转换为电信号的第二光电倍增管，用于去除垂直偏振的弹性散射信号中 的杂散光的第二窄带滤光片组，用于汇聚垂直偏振的弹性散射信号的第三凸透镜，用于接 收垂直偏振的弹性散射信号并转换为电信号的第三光电倍增管。
[0009] 其中，在所述发射单元中，所述激光器的出光孔与所述起偏器、第一分色镜、1/2波 片、第二分色镜、扩束镜及第一反射镜的光心高度保持一致，所述窗口放置在第一反射镜的 正上方；
[0010] 在所述接收单元中，所述光阑、第二反射镜、准直透镜、第三分色镜、窄带滤光片、 第一凸透镜、偏振分光晶体组、第一窄带滤光片组、第二凸透镜、第二窄带滤光片组及第三 凸透镜封装在一个封装体内。
[0011] 其中，所述偏振分光晶体组包括第一偏振分光晶体、第二偏振分光晶体、及第三偏 振分光晶体，所述第一偏振分光晶体和第二偏振分光晶体将弹性散射信号分为平行偏振 光，所述第一偏振分光晶体和第三偏振分光晶体将弹性散射信号分为垂直偏振光。
[0012] 其中，所述激光器为混合输出1064nm基频光和532nm倍频光的Nd:YAG激光器；
[0013] 所述激光器输出激光入射起偏器的入射角度为45°;
[0014] 所述第一分色镜和第二分色镜均反射532nm波长的光、透射1064nm波长的光；
[0015] 所述扩束镜为5倍扩束镜；
[0016] 所述窗口与出射光的垂直方向呈倾斜5°设置。
[0017] 其中，所述望远镜为Meade公司的卡塞格林望远镜，其直径为203mm，F/10,视场角 为 2. 5mrad;
[0018] 所述准直透镜焦距为150mm;
[0019] 所述第三分色镜为高反@607nm、高透@532nm的分色镜；
[0020] 所述第一光电倍增管、第二光电倍增管及第三光电倍增管均为日本滨松公司 H10721系列光电倍增管；
[0021] 所述偏振分光晶体组中所包含的偏振分光晶体均为25. 4mm*25. 4mm*25. 4mm的立 方体；所述偏振分光晶体的参数为Tp:Ts>500:1，Rs:Rp>20:1。
[0022] 其中，所述光阑与望远镜出光口的垂直距离为107mm。
[0023] 其中，所述光阑的孔径大小为4mm。
[0024] 其中，所述望远镜与发射单元中的第一反射镜的中心距离为230mm。
[0025] 有益效果：
[0026] 本实用新型所述的一种偏振拉曼激光雷达发射接收系统，用于激光工作波段为 532nm的激光雷达发射及接收光学系统，该系统在发射单元引入起偏器及零级1/2波片提 高发射激光线偏振纯度，在接收单元加入532nm窄带滤光片和偏振分光晶体组提高通道接 收信号的纯度和减少通道之间的串扰。本方案结构简单易于实现，并且有效的接收到大气 中氮分子的拉曼散射信号（607nm)，从而提高了反演大气气溶胶及云的退偏比的精度和反 演大气气溶胶及云的后向散射系数的精度。
【附图说明】
[0027] 附图1为本实用新型具体实施例提供的发射单元的光路示意图。
[0028] 附图2为本实用新型具体实施例提供的接收单元的光路示意图。
[0029] 附图3为本实用新型具体实施例提供的偏振分光晶体组的摆放位置关系图。
[0030] 附图4为本实用新型具体实施例提供的发射单元光路的机械结构图。
[0031] 附图5为本实用新型具体实施例提供的接收单元光路的机械结构图。
[0032] 附图6为采用本实用新型【具体实施方式】提供的一种偏振拉曼激光雷达发射接收 系统在青岛实验所测得信号单剖面示意图。
[0033] 附图7为附图6的反演所得退偏比示意图。
[0034] 附图8为本实用新型具体实施例提供的激光器的参数表。
[0035]图中：
[0036] 1 :激光器；2 :起偏器；3 :1/2波片；4_1 :第一分色镜；4_2 :第二分色镜；5 :扩束 镜；6 :第一反射镜；7 :窗口；
[0037] 8 :望远镜；9 :光阑；10 :第二反射镜；11 :准直透镜；12 :第三分色镜；13:窄带滤 光片；14-1 :第一凸透镜；14-2 :第二凸透镜；14-3 :第三凸透镜；15-1 :第一光电倍增管； 15-2 :第二光电倍增管；15-3 :第三光电倍增管；16 :偏振分光晶体组；16-1 :第一偏振分 光晶体；16-2 :第二偏振分光晶体；16-3 :第三偏振分光晶体；17-1:第一窄带滤光片组； 17-2 :第二窄带滤光片组。
【具体实施方式】
[0038] 下面结合附图对【具体实施方式】进行说明。