CN114544494A - 基于超连续谱光源的主动探测激光外差光谱仪大气成分探测装置 - Google Patents

基于超连续谱光源的主动探测激光外差光谱仪大气成分探测装置 Download PDF

Info

Publication number
CN114544494A
CN114544494A CN202210128529.6A CN202210128529A CN114544494A CN 114544494 A CN114544494 A CN 114544494A CN 202210128529 A CN202210128529 A CN 202210128529A CN 114544494 A CN114544494 A CN 114544494A
Authority
CN
China
Prior art keywords
frequency
light source
laser
module
radio frequency
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN202210128529.6A
Other languages
English (en)
Other versions
CN114544494B (zh
Inventor
刘继桥
夏腾腾
竹孝鹏
杨巨鑫
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Shanghai Institute of Optics and Fine Mechanics of CAS
Original Assignee
Shanghai Institute of Optics and Fine Mechanics of CAS
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Shanghai Institute of Optics and Fine Mechanics of CAS filed Critical Shanghai Institute of Optics and Fine Mechanics of CAS
Priority to CN202210128529.6A priority Critical patent/CN114544494B/zh
Publication of CN114544494A publication Critical patent/CN114544494A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN114544494B publication Critical patent/CN114544494B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/01Arrangements or apparatus for facilitating the optical investigation
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/17Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
    • G01N21/25Colour; Spectral properties, i.e. comparison of effect of material on the light at two or more different wavelengths or wavelength bands
    • G01N21/31Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry
    • G01N21/3103Atomic absorption analysis
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01SRADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S17/00Systems using the reflection or reradiation of electromagnetic waves other than radio waves, e.g. lidar systems
    • G01S17/88Lidar systems specially adapted for specific applications
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01SRADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S17/00Systems using the reflection or reradiation of electromagnetic waves other than radio waves, e.g. lidar systems
    • G01S17/88Lidar systems specially adapted for specific applications
    • G01S17/95Lidar systems specially adapted for specific applications for meteorological use
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01SRADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S7/00Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00
    • G01S7/48Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S17/00
    • G01S7/483Details of pulse systems
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02ATECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE
    • Y02A90/00Technologies having an indirect contribution to adaptation to climate change
    • Y02A90/10Information and communication technologies [ICT] supporting adaptation to climate change, e.g. for weather forecasting or climate simulation

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Remote Sensing (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Radar, Positioning & Navigation (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
  • Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)

Abstract

一种基于超连续谱光源的主动探测激光外差光谱仪探测大气成分装置,包括超连续谱光源、准直模块一、光学发射望远镜、光学接收望远镜、准直模块二、光纤开关、分束器、耦合器、光电探测器一、偏置器Bias Tee、射频处理模块、锁相放大器、数据采集与分析模块、可调谐激光器、激光控制模块和光电探测器二。本发明采用超连续谱光源作为发射光源构造主动探测的激光外差光谱仪,接收云或气溶胶的散射光,克服了直接接收太阳直射光作为信号光时夜晚不能进行探测的缺点,可以实现白天和夜间的柱浓度的高精度连续监测;同时超连续光源覆盖了多种大气成分的吸收峰,可以实现多种大气成分柱浓度的同时监测;并且超连续谱光源的功率可以灵活调节,可以实现比用太阳光作为信号光时更高的信噪比,在区域的气候研究、环境监测和大气化学研究等领域具有广阔的应用前景。

Description

基于超连续谱光源的主动探测激光外差光谱仪大气成分探测 装置
技术领域
本发明涉及激光雷达,特别是一种基于超连续谱光源的主动探测激光外差光谱仪大气成分探测装置。
背景技术
随着全球变暖越来越严重,区域平均气温、降水量和土壤湿度的变化越来越大,不仅出现海平面上升等现象,还会引发干旱、洪涝、山火等极端的天气现象。大气中的温室气体是地球生命的重要屏障,对气候变化、调节地球大气温度起着至关重要的作用。温室气体含量的增加也是引起全球变暖的主要原因,因此,对CO2、CH4、H2O等温室气体的长期且准确的观测并制定合适的减排方案异常重要。
目前,温室气体的观测方式按平台分类可以分为卫星观测、机载和球载观测、地基观测,星载和机载虽然可以进行大范围的观测,但是不能针对同一个地区进行长期连续的监测;地基观测不适用于大范围的观测,但是观测精度高,可以长期监测趋势变化,在局部大气温室气体变化监测中具有重要作用。大气成分探测分为主动和被动两种探测方式,主动探测直接利用激光雷达发射激光并接收经大气成分吸收的反射或散射光进行大气成分的探测,可以实现白天和夜间的连续监测,但主动探测的方式对激光器的要求都很高。而被动探测当中应用广泛的是傅里叶变换光谱仪,其光谱分辨率高、光谱覆盖宽,但系统体积庞大,探测精度与体积大小成正比,建设和维护成本很高。而激光外差光谱仪具有高光谱分辨率、体积小、重量轻、成本低、信噪比高等优点,利用了拍频相干探测的优势。但同所有的被动观测手段相同,常规的激光外差光谱仪系统依赖于太阳光,只能在白天工作。
近年来,超连续谱光源得到了飞速发展,不仅具有激光高亮度、相干性强、方向性好等特点,还拥有和太阳光类似的宽光谱性能,目前主要用于光学相干断层扫描、频谱检测、荧光寿命成像、光通信、气体探测等领域。
但是目前还未将超连续谱光谱和激光外差光谱仪系统相结合,一方面,将超连续谱光源作为发射光源,接收云或气溶胶的散射光,可以利用主动探测的优势,在夜间也能进行监测,同时由于超连续谱的光谱覆盖宽,可以实现多种气体的同时监测且信噪比高;另一方面,结合激光外差光谱仪系统的高光谱分辨率、探测精度高、体积小等优势,发展成为全天时连续监测的基于超连续谱光源的主动探测激光外差光谱仪系统进行大气多种成分的高精度探测装置。
发明内容
本发明的目的在于解决现有的激光外差光谱仪系统不能在夜间进行探测,且在白天有云层挡住太阳接收不到太阳光导致数据缺失的问题,本发明提出一种基于超连续谱光源的主动探测激光外差光谱仪探测大气成分装置,该装置结合主动相干探测和被动宽光谱探测的优势,同时满足高精度、小型化、全天时连续观测探测大气成分的需求。
本发明的基本原理是基于相干探测的原理,利用经过大气成分吸收并经气溶胶或云散射的信号光与窄线宽的本振激光进行拍频,从而实现从光频到射频的频率下转化,通过对射频信号进行处理得到包含大气分子吸收信息的光谱信息,对采集的信号进行反演可以得到温室气体或污染气体等大气成分的浓度。
本发明的技术解决方案如下:
一种基于超连续谱光源的主动探测激光外差光谱仪测大气成分装置,其特点在于:包括超连续谱光源、准直模块一、光学发射望远镜、光学接收望远镜、准直模块二、光纤开关、分束器、耦合器、光电探测器一、偏置器Bias Tee、射频处理模块、锁相放大器、数据采集与处理模块、可调谐激光器、激光控制模块和光电探测器二;
所述的超连续谱光源输出的光经所述的准直模块一从所述的光学发射望远镜发射进入大气中遇到云或气溶胶产生散射光,所述的光学接收望远镜接收云或气溶胶的散射光;
所述的光学接收望远镜接收的散射光经所述的准直模块二耦合进光纤,通过所述的光纤开关调制后,由所述的分束器将所述的散射光分为两路:一路经所述的光电探测器二与所述的数据采集与处理模块输入端相连;另外一路与所述的耦合器的输入端相连,另外一路的散射光与所述的可调谐激光器发射的激光共同耦合进所述的耦合器进行拍频相干,向所述的光电探测器一输出拍频信号;
所述的激光控制模块的输出端分别与所述的可调谐激光器和所述的数据采集与处理模块的控制端相连,对所述的可调谐激光器进行温度或电流的调节实现频率的调谐并控制扫频,同时输出一路给所述的数据采集与分析模块进行控制采集;
所述的光电探测器一对所述的耦合器的拍频信号进行探测,经所述的偏置器分离直流信号和差频信号,所述的差频电信号经所述的射频处理模块进行处理,产生的低频电压信号用所述的锁相放大器进行解调后的解调信号进入所述的数据采集与处理模块,采集信号并分析,以获取大气成分的信息,所述的直流信号输入所述的数据采集与处理模块与所述的解调信号进行同步采集,所述的光纤开关的调制频率与所述的锁相放大器的解调频率相同,相位固定。
所述的射频处理模块包括依次电连接的射频放大模块、带通滤波器和平方律探测器,所述射频放大模块将所述的偏置器分离的射频信号进行放大后经过所述的带通滤波器减小射频噪声并控制光谱分辨率,滤波后的射频信号经所述的平方律探测器转化为以调制频率为特征频率的低频电压信号。
所述的可调谐激光器需要在室温下波长连续可调,且线宽窄至MHz量级,根据实际需要测量的大气成分分为一个或多个可调谐激光器,分成一路或多路同时探测。
所述的光纤开关为开关,或是能够进行低频通光开关调制的器件。
所述的发射望远镜和接收望远镜同轴或者平行轴。
通过将包含大气成分吸收信息的信号光与本振激光器进行拍频,实现光频到射频的频率下转换,本振激光器进行扫频,从而得到包含大气成分吸收的光谱信号,继而反演出大气成分的浓度。
本发明的优点在于:
本发明利用了超连续谱光源进行主动探测,超连续谱光源具有激光高亮度、相干性强、方向性好等优点,可以实现夜间的观测且具有高信噪比。
本发明利用了超连续谱光源有和太阳光类似的宽光谱性能,覆盖了多种大气分子的吸收峰,可以实现多种气体的同时监测,同时解决了传统光谱仪只能白天测量的不足。
本发明利用了激光外差光谱仪系统的原理,具有高光谱分辨率、体积小、重量轻、成本低、信噪比高等优点,适合发展为长期小型化外场连续观测装置。
本发明的发射光方向可调,可以实现不同方向的大气成分监测。
本发明结合主动探测与被动探测的优势,可以实现全天时的多种大气成分高精度测量。
附图说明
图1为本发明基于超连续谱光源的主动探测激光外差光谱仪系统探测大气成分装置的结构框图。
图2为本发明的射频处理模块的结构框图。
图中:1——超连续谱光源、2——准直模块一、3——光学发射望远镜、4——光学接收望远镜、5——准直模块二、6——光纤开关、7——分束器、8——耦合器、9——光电探测器一、10——偏置器Bias Tee、11——射频处理模块、12——锁相放大器、13——数据采集与分析模块、14——可调谐激光器、15——激光控制模块、16——光电探测器二、11-1——射频放大模块、11-2——带通滤波器、11-3——平方律探测器。
具体实施方式
下面结合实例和附图对本发明作进一步说明,但不应以此限制本发明的保护范围。
参阅图1,图1是本发明的基于超连续谱的主动探测激光外差光谱仪探测大气成分装置的结构框图,由图可见本发明基于超连续谱光源的主动探测激光外差光谱仪测大气成分装置,其包括超连续谱光源1、准直模块一2、光学发射望远镜3、光学接收望远镜4、准直模块二5、光纤开关6、分束器7、耦合器8、光电探测器一9、偏置器Bias Tee10、射频处理模块11、锁相放大器12、数据采集与处理模块13、可调谐激光器14、激光控制模块15和光电探测器二16;
所述的超连续谱光源1输出的光经所述的准直模块一2从所述的光学发射望远镜3发射进入大气中,遇到云或气溶胶产生散射光,所述的光学接收望远镜4接收云或气溶胶的散射光;
所述的光学接收望远镜4接收的散射光经所述的准直模块二5耦合进光纤,通过所述的光纤开关6调制后,由所述的分束器7将所述的散射光分为两路:一路经所述的光电探测器二16的输出端与所述的数据采集与处理模块13输入端相连;另外一路与所述的耦合器8的输入端相连,另外一路的散射光与所述的可调谐激光器14发射的激光共同耦合进所述的耦合器8进行拍频相干,向所述的光电探测器一9输出拍频信号;
所述的激光控制模块15的输出端分别与所述的可调谐激光器14和所述的数据采集与处理模块13的控制端相连,对所述的可调谐激光器14进行温度或电流的调节实现频率的调谐并控制扫频,同时输出一路给所述的数据采集与分析模块13进行控制采集;
所述的光电探测器一9对所述的耦合器8的拍频信号进行探测,经所述的偏置器10分离直流信号和差频信号,所述的差频电信号经所述的射频处理模块11进行处理,产生的低频电压信号用所述的锁相放大器12进行解调后的解调信号进入所述的数据采集与处理模块13,采集信号并分析,以获取大气成分的信息,所述的直流信号输入所述的数据采集与处理模块13与所述的解调信号进行同步采集,所述的光纤开关6的调制频率与所述的锁相放大器12的解调频率相同,相位固定。
如图2所示,所述的射频处理模块11包括依次电连接的射频放大模块11-1、带通滤波器11-2和平方律探测器11-3,所述射频放大模块11-1将所述的偏置器10分离的射频信号进行放大后经过所述的带通滤波器11-2减小射频噪声并控制光谱分辨率,滤波后的射频信号经所述的平方律探测器11-3转化为以调制频率为特征频率的低频电压信号。
所述的可调谐激光器14需要在室温下波长连续可调,且线宽窄至MHz量级,根据实际需要测量的大气成分分为一个或多个可调谐激光器,分成一路或多路同时探测。
所述的光纤开关6为开关,或是能够进行低频通光开关调制的器件。
所述的发射望远镜3和接收望远镜4同轴或者平行轴。
通过将包含大气成分吸收信息的信号光与本振激光器进行拍频,实现光频到射频的频率下转换,本振激光器进行扫频,从而得到包含大气成分吸收的光谱信号,继而反演出大气成分的浓度。
上述元器件的连接关系如下:
所述的超连续谱光源1经所述的准直模块一2从所述的光学发射望远镜发射3进入大气中,所述的接收望远镜4接收从云或气溶胶的散射光。所述的接收望远镜4接收的散射光经所述的准直模块二5耦合进光纤,由所述的光纤开关6调制后,经所述的分束器7分为两路,一路通过所述的光电探测器二8对接收的云或气溶胶的散射信号的能量抖动进行实时监测,另外一路与所述的可调谐激光器14共同耦合进所述的耦合器。所述的激光控制器15对所述的可调谐激光器14进行温度或电流的调节实现频率的调谐并控制扫频,同时输出一路给所述的数据采集与分析模块13进行控制采集。所述的光电探测器一9对所述的耦合器8的拍频信号进行探测,经偏置器10分离直流信号和差频(射频)信号,其中的直流信号通过所述的数据采集与处理模块13进行同步采集,所述的射频电信号经所述的射频处理模块11进行处理,产生的低频电压信号用所述的锁相放大器12进行解调,最后进入所述的数据采集与处理模块13采集信号并分析。控制可调谐激光器14进行扫频以获取大气成分的信息。所述的偏置器10产生的射频信号通过所述的射频放大模块11-1进行放大后经过所述的带通滤波器11-2减小射频噪声并控制光谱分辨率,滤波后的射频信号经所述的平方律探测器11-3转化为以调制频率为特征频率的低频电压信号。所述的光纤开关6的调制频率与所述的锁相放大器12的解调频率相同、相位固定,所述的光电探测模块二16产生的信号与所述的锁相放大器12产生的信号、偏置器10分出的直流信号通过数据采集与处理模块13进行同步采集。
本发明将超连续谱光源1与激光外差光谱仪相结合,利用了超连续谱光源的激光特性和宽光谱特性,可以实现高信噪比的多种气体同时监测,同时利用激光外差光谱系统的高光谱分辨率、体积小、重量轻、成本低、信噪比高等优点,发展为长期小型化外场连续观测装置,并且可以实现全天时、多种气体同时高精度监测的优势,在区域的气候研究、环境监测和大气环境研究领域具有广阔的应用前景。
实施例中:
所述的超连续谱光源1经过所述的准直模块一2进行准直,由于超连续谱光谱的宽谱特性,准直模块一2和准直模块二5均需要使用反射式准直器,以防出现色散等现象。
所述的光学接收望远镜4的视场角大于或等于光学发射望远镜3的视场角。
所述的可调谐激光器14用分布式反馈半导体激光器,中心波长在1572nm,覆盖CO2的R18吸收线或气体吸收线。
所述的光纤开关6为磁光开关,可以实现低频的调制。所述的光电探测器一9和光电探测器二16为InGaAs的PIN光电探测器,电子带宽为1.2GHz。所述的带通滤波器11-2带宽为几十MHz至几百MHz。
利用上述器件和结构进行CO2探测的过程如下:
所述的超连续谱光源1经过反射式准直器2进行准直后通过光学发射望远镜3向大气中发射,光学接收望远镜4接收云或气溶胶的散射光。接收望远镜4接收的散射光经反射式准直器二5耦合进光纤,由磁光开关6进行低频开关调制后,经过分束器7分为两路。一路通过光电探测器二16对接收的云或气溶胶的散射信号的能量抖动进行实时监测,另外一路与分布式反馈半导体激光器14发射的激光共同耦合进耦合器8。激光控制器15对分布式反馈半导体激光器14进行温度或电流的调节实现频率的调谐并控制扫频,同时输出一路给数据采集与分析模块13进行控制采集。光电探测器一9对耦合器8输出的拍频信号进行探测,偏置器10的输出分为直流信号和差频(射频)信号,直流信号直接通过数据采集与分析模块13进行采集,射频电信号经射频处理模块11进行处理,通过射频放大模块11-1进行适当的放大,放大后的信号经过带通滤波器11-2减小射频噪声并控制光谱分辨率,滤波后的射频信号通过平方律探测器11-3得到以调制频率为特征频率的低频电压信号,产生的电压信号通过锁相放大器进行解调,最后进入所述的数据采集与处理模块13采集信号并分析。控制分布反馈式半导体激光器14进行扫频,可以获得扫频范围内CO2的R18线的吸收的光谱信息,数据处理后获取CO2的柱浓度信息。

Claims (6)

1.一种基于超连续谱光源的主动探测激光外差光谱仪测大气成分装置,其特征在于:包括超连续谱光源(1)、准直模块一(2)、光学发射望远镜(3)、光学接收望远镜(4)、准直模块二(5)、光纤开关(6)、分束器(7)、耦合器(8)、光电探测器一(9)、偏置器Bias Tee(10)、射频处理模块(11)、锁相放大器(12)、数据采集与处理模块(13)、可调谐激光器(14)、激光控制模块(15)和光电探测器二(16);
所述的超连续谱光源(1)输出的光经所述的准直模块一(2)从所述的光学发射望远镜(3)发射进入大气中遇到云或气溶胶产生散射光,所述的光学接收望远镜(4)接收云或气溶胶的散射光;
所述的光学接收望远镜(4)接收的散射光经所述的准直模块二(5)耦合进光纤,通过所述的光纤开关(6)调制后,由所述的分束器(7)将所述的散射光分为两路:一路经所述的光电探测器二(16)与所述的数据采集与处理模块(13)输入端相连;另外一路与所述的耦合器(8)的输入端相连,另外一路的散射光与所述的可调谐激光器(14)发射的激光共同耦合进所述的耦合器(8)进行拍频相干,向所述的光电探测器一(9)输出拍频信号;
所述的激光控制模块(15)的输出端分别与所述的可调谐激光器(14)和所述的数据采集与处理模块(13)的控制端相连,对所述的可调谐激光器(14)进行温度或电流的调节实现频率的调谐并控制扫频,同时输出一路给所述的数据采集与分析模块(13)进行控制采集;
所述的光电探测器一(9)对所述的耦合器(8)的拍频信号进行探测,经所述的偏置器(10)分离直流信号和差频信号,所述的差频电信号经所述的射频处理模块(11)进行处理,产生的低频电压信号用所述的锁相放大器(12)进行解调后的解调信号进入所述的数据采集与处理模块(13),采集信号并分析,以获取大气成分的信息,所述的直流信号输入所述的数据采集与处理模块(13)与所述的解调信号进行同步采集,所述的光纤开关(6)的调制频率与所述的锁相放大器(12)的解调频率相同,相位固定。
2.根据权利要求1所述的基于超连续谱光源的主动探测激光外差光谱仪探测大气成分的装置,其特征在于,所述的射频处理模块(11)包括依次电连接的射频放大模块(11-1)、带通滤波器(11-2)和平方律探测器(11-3),所述射频放大模块(11-1)将所述的偏置器(10)分离的射频信号进行放大后经过所述的带通滤波器(11-2)减小射频噪声并控制光谱分辨率,滤波后的射频信号经所述的平方律探测器(11-3)转化为以调制频率为特征频率的低频电压信号。
3.根据权利要求1所述的基于超连续谱光源的主动探测激光外差光谱仪探测大气成分装置,其特征在于,所述的可调谐激光器(14)需要在室温下波长连续可调,且线宽窄至MHz量级,根据实际需要测量的大气成分分为一个或多个可调谐激光器,分成一路或多路同时探测。
4.根据权利要求1所述的基于超连续谱光源的主动探测激光外差光谱仪探测大气成分装置,其特征在于所述的光纤开关(6)为开关,或是能够进行低频通光开关调制的器件。
5.根据权利要求1所述的基于超连续谱光源的主动探测激光外差光谱仪探测大气成分装置,其特征在于,所述的发射望远镜(3)和接收望远镜(4)同轴或者平行轴。
6.根据权利要求1-5任一项所述的基于超连续谱光源的主动探测激光外差光谱仪探测大气成分装置,其特征在于,通过将包含大气成分吸收信息的信号光与本振激光器进行拍频,实现光频到射频的频率下转换,本振激光器进行扫频,从而得到包含大气成分吸收的光谱信号,继而反演出大气成分的浓度。
CN202210128529.6A 2022-02-11 2022-02-11 基于超连续谱光源的主动探测激光外差光谱仪大气成分探测装置 Active CN114544494B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202210128529.6A CN114544494B (zh) 2022-02-11 2022-02-11 基于超连续谱光源的主动探测激光外差光谱仪大气成分探测装置

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202210128529.6A CN114544494B (zh) 2022-02-11 2022-02-11 基于超连续谱光源的主动探测激光外差光谱仪大气成分探测装置

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN114544494A true CN114544494A (zh) 2022-05-27
CN114544494B CN114544494B (zh) 2024-04-12

Family

ID=81673277

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202210128529.6A Active CN114544494B (zh) 2022-02-11 2022-02-11 基于超连续谱光源的主动探测激光外差光谱仪大气成分探测装置

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN114544494B (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN117664900A (zh) * 2023-12-04 2024-03-08 安庆师范大学 一种探测多组分大气气体柱总量测量装置

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7391557B1 (en) * 2003-03-28 2008-06-24 Applied Photonics Worldwide, Inc. Mobile terawatt femtosecond laser system (MTFLS) for long range spectral sensing and identification of bioaerosols and chemical agents in the atmosphere
US20110080580A1 (en) * 2006-03-10 2011-04-07 Imra America, Inc. Optical signal processing with modelocked lasers
CN109632704A (zh) * 2019-01-14 2019-04-16 中国科学院上海光学精密机械研究所 基于超连续光源的大气多成分激光掩星探测装置
CN110850436A (zh) * 2019-11-28 2020-02-28 中国科学院合肥物质科学研究院 实时测量机载高光谱成像激光雷达光谱的装置及方法
CN111562236A (zh) * 2020-05-21 2020-08-21 中国科学院合肥物质科学研究院 同时测量大气多参数的星载激光外差系统地面模拟装置及方法

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7391557B1 (en) * 2003-03-28 2008-06-24 Applied Photonics Worldwide, Inc. Mobile terawatt femtosecond laser system (MTFLS) for long range spectral sensing and identification of bioaerosols and chemical agents in the atmosphere
US20110080580A1 (en) * 2006-03-10 2011-04-07 Imra America, Inc. Optical signal processing with modelocked lasers
CN109632704A (zh) * 2019-01-14 2019-04-16 中国科学院上海光学精密机械研究所 基于超连续光源的大气多成分激光掩星探测装置
CN110850436A (zh) * 2019-11-28 2020-02-28 中国科学院合肥物质科学研究院 实时测量机载高光谱成像激光雷达光谱的装置及方法
CN111562236A (zh) * 2020-05-21 2020-08-21 中国科学院合肥物质科学研究院 同时测量大气多参数的星载激光外差系统地面模拟装置及方法

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN117664900A (zh) * 2023-12-04 2024-03-08 安庆师范大学 一种探测多组分大气气体柱总量测量装置

Also Published As

Publication number Publication date
CN114544494B (zh) 2024-04-12

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US11397149B2 (en) Laser radar system apparatus for multi-wavelength measurement of atmospheric carbon dioxide concentration and vertical aerosol profile
CN109632704B (zh) 基于超连续光源的大气多成分激光掩星探测装置
US8699029B2 (en) Miniaturized laser heterodyne radiometer for carbon dioxide, methane and carbon monoxide measurements in the atmospheric column
CN107193015B (zh) 基于f-p标准具的紫外三频高光谱分辨率激光雷达系统及其探测方法
CN110082778B (zh) 基于单光子探测的相干测风激光雷达
US7009170B2 (en) Active remote sensing using a simultaneous spectral sampling technique
US6949734B2 (en) Active remote sensing using a spectral lock-in technique
CN106382987B (zh) 全光纤激光外差太阳辐射计
Yu et al. An Airborne 2-μ m Double-Pulsed Direct-Detection Lidar Instrument for Atmospheric CO 2 Column Measurements
CN100495070C (zh) 微波测风激光雷达装置
CN103115894A (zh) 一种稳定同位素丰度实时在线监测装置和方法
CN101694265A (zh) 机载天然气管道泄漏检测激光雷达的实时浓度标定方法
CN107389560A (zh) 多波段全光纤高光谱分辨率整层大气透过率同时测量装置及测量方法
CN114544494B (zh) 基于超连续谱光源的主动探测激光外差光谱仪大气成分探测装置
CN112432914A (zh) 基于信号光窄带放大技术的被动红外激光外差探测装置
CN116106260A (zh) 基于光电子芯片的激光外差大气成分浓度探测装置
CN114660573A (zh) 测量大气二氧化碳及甲烷柱浓度的激光雷达系统
CN111982848B (zh) 基于高轨卫星平台收发分置的双光梳大气成分探测装置
CN111562236B (zh) 同时测量大气多参数的星载激光外差系统地面模拟装置及方法
Wu et al. Observations of water vapor mixing ratio profile and flux in the Tibetan Plateau based on the lidar technique
Cossel et al. Remote sensing using open-path dual-comb spectroscopy
CN115453574B (zh) 一种大气多参数探测多功能激光雷达
Allan et al. Laser sounder for active remote sensing measurements of CO 2 concentrations
CN114295583A (zh) 一种温室气体的相干测量装置
CN108181261A (zh) 基于太赫兹时域光谱检测混合气体各组分含量的装置

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant