一种臭氧激光雷达发射系统及使用方法与流程

本发明涉及激光雷达的，尤其涉及一种臭氧激光雷达发射系统及使用方法。

背景技术：

1、激光雷达，以激光为光源，通过探测激光与大气互相作用的辐射信号来遥感大气，实时反演大气成分参数廓线。臭氧是地球大气中重要的微量成分之一，平均的含量大约为10-100ppb(体积比)，大部分集中在10-30km的平流层中，对流层臭氧含量仅占10％左右。对流层的臭氧主要为自然源，其显著特征是吸收太阳光谱中大部分的紫外波段，从而保护地面的动植物免受紫外辐射的伤害；而对流层，尤其是边界层内的臭氧主要是人为源，由于其强氧化特性，高浓度的臭氧会对人类健康、动植物生长和生态环境产生直接严重危害，并形成光化学烟雾污染，现已成为国家环保部重点监控的六种大气主要污染物主要污染物之一(pm2.5、pm10、so2、no2、co和o3)。

2、臭氧激光雷达的发射单元由发射光源和发射光路两部分组成。根据测量需要，选用了nd:yag固态激光器作为激光光源。该激光器可产生高能266nm波长的激光光束，该激光光束作为泵浦能量，泵浦拉曼管激发产生289nm、316nm两个臭氧差分吸收波长，通过宽带反射镜发射到大气中，与待测量气体产生吸收效应。对拉曼管中充入不同气压的惰性气体，会直接影响对289nm、316nm波段的拉曼激发效率，从而提高激光雷达探测的整体性能。

3、由于在激发拉曼气体时，需要在拉曼管内使用聚焦透镜对激光光源进行聚焦。因此，在拉曼管两端的平凸镜片上容易产生回光现象。外加激光器波长为紫外波段，单光子能量较高，回光容易对激光器造成损伤。

技术实现思路

1、为了解决了上述技术问题，本发明提出了一种臭氧激光雷达发射系统及使用方法，具体技术方案如下：

2、一种臭氧激光雷达发射系统，包括按光路依次设置的激光器、谐波分束组件、拉曼管、宽带反射镜组件，所述拉曼管中充有不同气压的惰性气体，激光器与拉曼管之间设置有隔离器，所述隔离器包括按发射光路依次设置的偏振分束片和四分之一波片，所述四分之一波片的角度可调。

3、具体地说，所述隔离器与光路偏转设定角度。

4、具体地说，设定角度小于等于3°。

5、具体地说，所述谐波分束组件与拉曼管之间还设置有将光路转向设定角度的反射镜组件。

6、具体地说，所述反射镜组件包括按光路依次设置的第一反射镜和第二反射镜。

7、具体地说，所述拉曼管包括不锈钢管和设置在不锈钢管内的第一平凸透镜、第二平凸透镜、第一法兰、第二法兰，所述第一平凸透镜和第二平凸透镜分别通过对应的第一法兰和第二法兰固定在不锈钢管内的两端位置，使不锈钢管两端为密封状。

8、具体地说，所述拉曼管还包括数显一体压力表，所述数显一体压力表设置在不锈钢管的管内，且位置避开第一平凸透镜和第二平凸透镜之间的光路。

9、具体地说，所述拉曼管内充有0.6-0.7mpa氘气。

10、具体地说，所述谐波分束组件包括按光路依次设置的第一谐波分束器和第二谐波分束器。

11、使用上述一种臭氧激光雷达发射系统的方法，包括以下步骤：

12、激光器发出若干个不同的波长的线偏振光激光光束；

13、谐波分束组件将若干个不同的波长的激光光束分开，并反射出其中第一波长的线偏振光激光光束；

14、隔离器中的偏振分束片保证激光器发出的第一波长的线偏振光激光光束p光透射或s光反射，所述隔离器中的四分之一波片使第一波长的线偏振光激光光最大限度透过或反射后再旋转45°，将激光器发出的线偏振光转变为圆偏振光；

15、圆偏振光进入到充入不同气压的惰性气体拉曼管内，从拉满管内射出的光束经过宽带反射镜组件后利用光谱仪和能量计测量射出光谱。

16、本发明的优点在于：

17、(1)所述偏振分束片保证266nm的线偏振光激光光束高效透射通过或反射；所述四分之一波片的角度可调，使所述266nm的线偏振光激光光束最大限度透过或反射后再旋转45°，将nd：yag固定激光器发出的线偏振光转变为圆偏振光；激光束一旦受后续光路影响产生返回光时，回光通过四分之一波片后，圆偏振光转变为与原线偏振光偏振态垂直的线偏振光，因此可以有效解决回光损伤激光器的问题。

18、(2)偏转的角度范围不能大于3°，从而实现不损伤激光器的基础上，保证了光学镜片的透过率。

19、(3)反射镜组件包括第一反射镜和第二反射镜，均为266nm高反镜片，有效减小发射系统的体积。

技术特征：

1.一种臭氧激光雷达发射系统，包括按光路依次设置的激光器(1)、谐波分束组件、拉曼管(5)、宽带反射镜组件，所述拉曼管(5)中充有不同气压的惰性气体，其特征在于，激光器(1)与拉曼管(5)之间设置有隔离器，所述隔离器包括按发射光路依次设置的偏振分束片(31)和四分之一波片(32)，所述四分之一波片(32)的角度可调。

2.根据权利要求1所述的一种臭氧激光雷达发射系统，其特征在于，所述隔离器与光路偏转设定角度。

3.根据权利要求2所述的一种臭氧激光雷达发射系统，其特征在于，设定角度小于等于3°。

4.根据权利要求1所述的一种臭氧激光雷达发射系统，其特征在于，所述谐波分束组件与拉曼管(5)之间还设置有将光路转向设定角度的反射镜组件。

5.根据权利要求4所述的一种臭氧激光雷达发射系统，其特征在于，所述反射镜组件包括按光路依次设置的第一反射镜(41)和第二反射镜(42)。

6.根据权利要求1所述的一种臭氧激光雷达发射系统，其特征在于，所述拉曼管(5)包括不锈钢管(51)和设置在不锈钢管(51)内的第一平凸透镜(52)、第二平凸透镜(55)、第一法兰(53)、第二法兰(54)，所述第一平凸透镜(52)和第二平凸透镜(55)分别通过对应的第一法兰(53)和第二法兰(54)固定在不锈钢管(51)内的两端位置，使不锈钢管(51)两端为密封状。

7.根据权利要求6所述的一种臭氧激光雷达发射系统，其特征在于，所述拉曼管(5)还包括数显一体压力表(56)，所述数显一体压力表(56)设置在不锈钢管(51)的管内，且位置避开第一平凸透镜(52)和第二平凸透镜(55)之间的光路。

8.根据权利要求6所述的一种臭氧激光雷达发射系统，其特征在于，所述拉曼管(5)内充有0.6-0.7mpa氘气。

9.根据权利要求1所述的一种臭氧激光雷达发射系统，其特征在于，所述谐波分束组件包括按光路依次设置的第一谐波分束器(21)和第二谐波分束器(22)。

10.使用权利要求1-8任意一项所述的一种臭氧激光雷达发射系统的方法，其特征在于，包括以下步骤：

技术总结
本发明涉及激光雷达的技术领域，尤其涉及一种臭氧激光雷达发射系统及使用方法，系统包括按光路依次设置的激光器、谐波分束组件、拉曼管、宽带反射镜组件，所述拉曼管中充有不同气压的惰性气体，激光器与拉曼管之间设置有隔离器，所述隔离器包括按发射光路依次设置的偏振分束片和四分之一波片，所述四分之一波片的角度可调。该发明的优点在于：可以有效解决回光损伤激光器的问题。

技术研发人员：庄鹏,谢晨波,宋慈
受保护的技术使用者：安徽蓝科信息科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13