CN104819916A - 一种气溶胶退偏振度测量方法及装置 - Google Patents

一种气溶胶退偏振度测量方法及装置 Download PDF

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曹念文
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杨少波
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Abstract

本发明公开了一种气溶胶退偏振度测量方法和装置，该装置包括激光束光源、分光镜、气溶胶容置空间、分光镜偏振器和激光能量探测器，激光束光源产生沿气溶胶容置空间一边射过的激光束，分光镜将激光束分光后使反射光射入气溶胶容置空间；该方法根据测得的后向散射光平行分量能量和垂直分量能量以及计算公式：退偏振度=平行分量能量/垂直分量能量，计算气溶胶的退偏振度=平行分量能量/垂直分量能量。本发明的方法及装置首次提出单点采样测量气溶胶的退偏振参数技术。该新方法和装置可以用在地表，飞机，探空气球上进行单点采样进行测量，比传统的用微脉冲激光雷达方法适用范围更广，测量更为简便，测量结果更准确、可靠。

Description

一种气溶胶退偏振度测量方法及装置
技术领域
本发明涉及气溶胶测量方法和设备技术领域，具体说是一种气溶胶退偏振度测量方法及装置。
背景技术
气溶胶的退偏振度是反应气溶胶粒子形状特性的物理参数，气溶胶的退偏振度是非常重要的物理和光学参数。目前情况，国内外科研工作者用微脉冲激光雷达技术测量气溶胶的退偏振度，反映气溶胶的不同粒子形状的气溶胶随高度的空间分布，例如10公里左右的卷云的粒子的退偏振度相比其它类型气溶胶的退振度要大很多，接近球型的水粒子的退偏振度很小接近于零。自目前为止，国际上只能用微脉冲激光雷达测量气溶胶的退偏振度廓线，用来区分气溶胶的粒子形状特征。
发明内容
本发明的目的是针对上述现有技术中的不足，提供一种气溶胶退偏振度测量方法。
本发明的另一目的是提供一种气溶胶退偏振度测量装置。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
一种气溶胶退偏振度测量装置，包括激光束光源、分光镜、气溶胶容置空间、分光镜偏振器和激光能量探测器，所述激光束光源产生沿气溶胶容置空间一边射过的激光束，所述分光镜将激光束分光后使反射光射入气溶胶容置空间，所述激光能量探测器用于测量所述气溶胶后向散射光的光能量，所述分光镜偏振器包括用于所述分光镜分光前检偏的第一偏振器和用于向散射光进入后向散射光激光能量探测器前检偏的第二偏振器。
进一步的设计方案中，测量装置还包括衰减片，所述衰减片的透过率为0.01，设于激光束光源与分光镜之间，用于衰减激光束的能量。
进一步的设计方案中，测量装置还包括设于所述气溶胶容置空间的反射光射出一侧的吸收光线的黑体。
进一步的设计方案中，上述第一偏振器为平行偏振器，上述第二偏振器为平行偏振器或垂直偏振器。
一种气溶胶退偏振度及激光雷达比的测量方法，包括以下步骤：
(1)测量平行分量能量：上述气溶胶退偏振度测量装置中的第一偏振器和第一偏振器均选用平行偏振器，激光束光源产生的激光束经过第一偏振器起偏后，由分光镜将反射光反射入气溶胶，经过气溶胶散射的后向散射光第二偏振器后进入后向散射光激光能量探测器测得平行分量能量；
(2)测量平行分量能量：将步骤一中第二偏振器更换成垂直偏振器后进行相同的操作，测得垂直分量能量；
(3)计算退偏振度：根据步骤一、二测得的后向散射光平行分量能量和垂直分量能量以及计算公式：退偏振度＝平行分量能量/垂直分量能量，计算气溶胶的退偏振度＝平行分量能量/垂直分量能量。
本发明具有以下突出的有益效果：
本发明的气溶胶退偏振度测量方法及装置首次提出单点采样测量气溶胶的退偏振参数技术。该新方法和装置可以用在地表，飞机，探空气球上进行单点采样进行测量，比传统的用微脉冲激光雷达方法适用范围更广，测量更为简便，测量结果更准确、可靠，例如安装在飞机上观测可以用来区分球形和非球形粒子，如：区分雾滴，与冰晶，卷云。
附图说明
图1、图2是本发明气溶胶退偏振度测量装置的结构示意图；
图中，1-激光束光源，2-衰减片，3-第一偏振器，4-分光镜，8-第二偏振器，9-激光能量探测器，10-气溶胶容置空间，11-黑体。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明作进一步说明:
实施例1
参见图1：一种气溶胶退偏振度测量装置，包括激光束光源1、衰减片2、分光镜4、气溶胶容置空间10、分光镜4偏振器、激光能量探测器9和设于气溶胶容置空间10的反射光射出一侧的吸收光线的黑体11。衰减片2的透过率为0.01，设于激光束光源1与分光镜4之间，激光束光源1产生沿气溶胶容置空间10一边射过的激光束，分光镜4将激光束分光后使反射光射入气溶胶容置空间10，激光能量探测器9用于测量气溶胶后向散射光的光能量，分光镜4偏振器包括用于分光镜4分光前检偏的第一偏振器3和用于向散射光进入后向散射光激光能量探测器9前检偏的第二偏振器8。
进行测试的步骤如下：
第一步：测量气溶胶的后向散射光的平行分量能量E||。如图1所示：激光束光源1发出的激光束经过衰减片2衰减能量后，经过第一偏振器3(平行偏振片)起偏，再经过气溶胶容置空间10中的气溶胶散射后，后向散射光经过第二偏振器8(平行偏振器)后进入纳瓦量级激光能量探测器9测得平行偏振分量能量E||。
第二步：测量气溶胶的后向散射光的垂直分量能量E⊥。将第二偏振器8更换成垂直偏振器，如图2所示：激光束光源1发出的激光束经过衰减片2衰减能量后，经过第一偏振器3(平行偏振片)起偏，再经过气溶胶容置空间10中的气溶胶散射后，后向散射光经过第二偏振器8(垂直偏振器)后进入纳瓦量级激光能量探测器9测得垂直偏振分量能量E⊥。
根据第一步和第二步测得的后向散射光平行分量能量E||和垂直分量能量E⊥的大小，变可计算气溶胶的退偏振度
以上是本发明的较佳实施例，凡依本发明技术方案所作的改变，所产生的功能作用未超出本发明技术方案的范围时，均属于本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种气溶胶退偏振度测量装置，其特征在于，包括激光束光源（1）、分光镜（4）、气溶胶容置空间（10）、分光镜（4）偏振器和激光能量探测器（9），所述激光束光源（1）产生沿气溶胶容置空间（10）一边射过的激光束，所述分光镜（4）将激光束分光后使反射光射入气溶胶容置空间（10），所述激光能量探测器（9）用于测量所述气溶胶后向散射光的光能量，所述分光镜（4）偏振器包括用于所述分光镜（4）分光前检偏的第一偏振器（3）和用于向散射光进入后向散射光激光能量探测器（9）前检偏的第二偏振器（8）。
2.根据权利要求1所述的气溶胶退偏振度及激光雷达比的测量装置，其特征在于，还包括衰减片（2），所述衰减片（2）的透过率为0.01，设于激光束光源（1）与分光镜（4）之间，用于衰减激光束的能量。
3.根据权利要求1所述的气溶胶退偏振度及激光雷达比的测量装置，其特征在于，还包括设于所述气溶胶容置空间（10）的反射光射出一侧的吸收光线的黑体（11）。
4.根据权利要求1所述的气溶胶退偏振度及激光雷达比的测量装置，其特征在于，所述第一偏振器（3）为平行偏振器，所述第二偏振器（8）为平行偏振器或垂直偏振器。
5.一种气溶胶退偏振度及激光雷达比的测量方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）测量平行分量能量：权利要求1的所述气溶胶退偏振度测量装置中的第一偏振器（3）和第一偏振器（3）均选用平行偏振器，激光束光源（1）产生的激光束经过第一偏振器（3）起偏后，由分光镜（4）将反射光反射入气溶胶，经过气溶胶散射的后向散射光第二偏振器（8）后进入后向散射光激光能量探测器（9）测得平行分量能量；
（2）测量平行分量能量：将步骤一中第二偏振器（8）更换成垂直偏振器后进行相同的操作，测得垂直分量能量；
（3）计算退偏振度：根据步骤一、二测得的后向散射光平行分量能量和垂直分量能量以及计算公式：退偏振度=平行分量能量/垂直分量能量，计算气溶胶的退偏振度=平行分量能量/垂直分量能量。
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