CN102053073A - 一种测量氮气布里渊散射信号的方法及装置 - Google Patents

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刘建安
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Abstract

本发明公开了一种测量氮气布里渊散射信号的方法及装置。其装置包括种子注入式脉冲激光器(1)、二分之一玻片(2)、偏振耦合镜(3)、四分之一玻片(4)及凹凸镜组成的扩束系统。二分之一玻片(2)、偏振耦合镜(3)、四分之一玻片(4)组成抽运光控制系统，凹凸镜组成的扩束系统用于发射和接收系统，F-P标准具(5)、ICCD(7)和DG535(6)组成信号处理系统。通过将激光聚焦于气体池中使其在池中产生布里渊信号然后接收其后向180°散射信号，通过F-P标准具(5)区分出布里渊散射信号，根据布里渊散射信号计算出其分子速度，温度等参数。本发明具有测量与信号处理一体化，可用于实时测量处理数据，可广泛用于大气环境的测量和检测。

Description

一种测量氮气布里渊散射信号的方法及装置
技术领域
本发明涉及一种测量氮气布里渊散射信号的方法及装置
背景技术
近几年来，布里渊散射探测技术已经越来越多的应用于水下目标探测且其技术已经有一定的成熟，由于氺的衰减系数和激光能量的限制，探测深度受到很大的影响。但激光在大气中的衰减将大大地减小，因而对大气测量将会有很好的应用前景。
大气的主要成分是氮气，则对氮气的测量就显得尤为重要。可以通过氮气的布里渊信号计算出其分子速度，温度，密度等参数达到对环境的测量和监测。由于激光器要相对固定不易移动，使得系统的移动灵活性相对较差，因此，其实用性还要进一步的改进。
发明内容
为了发现和研究氮气布里渊散射信号，我们提出了一种本发明涉及一种测量氮气布里渊散射的方法及装置。该方法和装置是基于测量布里渊散射信号的原理，通过其精确改变抽运光的偏振态，达到区分入射光和后向180°散射信号，通过F-P标准具区分出布里渊散射信号，然后用增强型电荷耦合器ICCD来观察布里渊信号。
本发明的装置包括一台种子注入式脉冲激光器(1)，二分之一波片(2)，偏振耦合镜(3)，四分子一玻片(4)，F-P标准具(5)，增强型电荷耦合器ICCD(7)，时序控制器DG535(6)，计算机(8)，功率计(9，13)，凹透镜(10)，凸透镜(11)，氮气池(12)。
本发明解决技术问题的方案是：种子注入式脉冲激光器(1)输出的532nm光为竖直偏振光，经过二分之一玻片(2)后变成水平偏振光达到偏振耦合镜(3)，偏振耦合镜(3)与光轴有一定的夹角，将入射光分为两束光且分光比为6∶1，一束光用功率计(9)接收来观察激光器(1)的入射光的能量，另一束水平偏振光经四分之一玻片(4)后变成圆偏振光，则此光作为入射氮气池(12)的光源，通过凹透镜(10)和凸透镜(11)后汇聚到氮气池(12)中，通过氮气池(12)后的前向光用功率计(13)接收，而入射光汇聚到氮气池(12)中会使池中的氮气产生布里渊散射信号，其后向180°的后向散射光通过凹透镜(10)和凸透镜(11)，经四分之一玻片(4)后变成竖直偏振光，然后通过偏振耦合镜(3)，偏振耦合镜对水平偏振光高透而对竖直偏振光高反，则回来的散射信号被偏振耦合镜(3)反射到F-P标准具(5)后通过ICCD(7)在计算机(8)上观察信号，根据时序控制器DG535(6)上的延时计算出其接收到布里渊信号的位置。
附图说明
附图1给出了本发明装置的原理图。
附图2给出了本发明装置的具体实施图。
附图3给出了本发明装置中的激光扩束调节测量距离的原理图。
本发明的工作原理
如附图1所示，该探测装置包括一台种子注入式脉冲激光器(1)，二分之一波片(2)，偏振耦合镜(3)，四分子一玻片(4)，F-P标准具(5)，增强型电荷耦合器ICCD(7)，时序控制器DG535(6)，计算机(8)，功率计(9)。
种子注入式脉冲激光器(1)输出的532nm光为竖直偏振光，经过二分之一玻片(2)后变成水平偏振光达到偏振耦合镜(3)，偏振耦合镜(3)与光轴有一定的夹角，偏振耦合镜(3)将入射光分为两束光且分光比为6∶1，一束光用功率计(9)接收来观察激光器(1)的入射光的能量，另一束水平偏振光经四分之一玻片(4)后变成圆偏振光，则此光是用于探测的光源，打入外界环境中其180°的后向散射光经四分之一玻片(4)后变成竖直偏振光，然后通过偏振耦合镜(3)，由于偏振耦合镜对水平偏振光高透而对竖直偏振光高反，则回来的散射信号被偏振耦合镜(3)反射到F-P标准具(5)后通过ICCD(7)在计算机(8)上观察信号。
本发明具有较高的精确度，集发射、接收、信号处理于一体，简化了装置，可以广泛应用于大气环境参数的检测，如温度、压强、密度、污染度等参数的检测和计量。
实施具体方案
如附图2所示，该探测装置包括一台种子注入式脉冲激光器(1)，二分之一波片(2)，偏振耦合镜(3)，四分子一玻片(4)，F-P标准具(5)，增强型电荷耦合器ICCD(7)，时序控制器DG535(6)，计算机(8)，功率计(9，13)，凹透镜(10)，凸透镜(11)，氮气池(12)。
种子注入式脉冲激光器(1)输出的532nm光为竖直偏振光，经过二分之一玻片(2)后变成水平偏振光达到偏振耦合镜(3)，偏振耦合镜(3)与光轴有一定的夹角，偏振耦合镜(3)将入射光分为两束光且分光比为6∶1，一束光用功率计(9)接收来观察激光器(1)的入射光的能量，另一束水平偏振光经四分之一玻片(4)后变成圆偏振光，则此光作为入射氮气池(12)的光源，通过凹透镜(10)和凸透镜(11)，通过改变凹透镜(10)和凸透镜(11)之间的距离改变入射光在氮气池(12)中聚焦位置从而达到改变发生布里渊信号的位置，通过氮气池(12)后的前向光用功率计(13)接收，而入射光汇聚到氮气池(12)中会使池中的氮气产生布里渊散射信号，其后向180°的后向散射光通过凹透镜(10)和凸透镜(11)，经四分之一玻片(4)后变成竖直偏振光，然后通过偏振耦合镜(3)，偏振耦合镜对水平偏振光高透而对竖直偏振光高反，则回来的散射信号被偏振耦合镜(3)反射到F-P标准具(5)后通过ICCD(7)在计算机(8)上观察信号，根据时序控制器DG535(6)上的延时计算出其接收到布里渊信号的位置。
附图3以图示的方式给出了通过调节可旋转含有导轨的凸透镜(11)的位置而改变凹透镜(10)和凸透镜(11)两镜之间的距离来达到调节距离。

Claims (5)

1.一种测量氮气布里渊散射信号的方法及装置，该装置包括一台种子注入式脉冲激光器(1)，二分之一波片(2)，偏振耦合镜(3)，四分子一玻片(4)，F-P标准具(5)，增强型电荷耦合器ICCD(7)，时序控制器DG535(6)，计算机(8)，功率计(9，13)，凹透镜(10)，凸透镜(11)，氮气池(12)。
种子注入式脉冲激光器(1)输出的532nm光为竖直偏振光，经过二分之一玻片(2)后变成水平偏振光达到偏振耦合镜(3)，偏振耦合镜(3)与光轴有一定的夹角，偏振耦合镜(3)将入射光分为两束光且分光比为6∶1，一束光用功率计(9)接收来观察激光器(1)的入射光的能量，另一束水平偏振光经四分之一玻片(4)后变成圆偏振光，则此光作为入射氮气池(12)的光源，通过凹透镜(10)和凸透镜(11)，通过改变凹透镜(10)和凸透镜(11)之间的距离改变入射光在氮气池(12)中聚焦位置从而达到改变发生布里渊信号的位置，通过氮气池(12)后的前向光用功率计(13)接收，而入射光汇聚到氮气池(12)中会使池中的氮气产生布里渊散射信号，其后向180°的后向散射光通过凹透镜(10)和凸透镜(11)，经四分之一玻片(4)后变成竖直偏振光，然后通过偏振耦合镜(3)，偏振耦合镜对水平偏振光高透而对竖直偏振光高反，则回来的散射信号被偏振耦合镜(3)反射到F-P标准具(5)后通过ICCD(7)在计算机(8)上观察信号，根据时序控制器DG535(6)上的延时计算出其接收到布里渊信号的位置。
2.如权利要求1所述的测量氮气布里渊散射信号的方法及装置，其特征在于：二分之一波片(2)，偏振耦合镜(3)，四分子一玻片(4)放置的位置，作用是保证可以区分入射光和接收到的散射光。
3.如权利要求1所述的测量氮气布里渊散射信号的方法及装置，其特征在于：F-P标准具的自由光谱范围10GHz。
4.如权利要求1所述的测量氮气布里渊散射信号的方法及装置，其特征在于：时序控制器DG535(6)用于控制延时，计算探测目标的距离。
5.如权利要求1所述的测量氮气布里渊散射信号的方法及装置，其特征在于：凸透镜(11)是装置在导轨上可移动的。
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