專利名稱：激光雷達(dá)大氣回波光譜分離裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種激光探測大氣后向散射光的分光裝置，更具體地說是一種激 光雷達(dá)大氣回波光譜分離裝置。
背景技術(shù)：
隨著激光和光電子等技術(shù)的發(fā)展，激光雷達(dá)在大氣遙感的中應(yīng)用越來越受到人們 的重視。利用激光探測指向性好分辨率高的特性，遙測大氣，接收分析大氣散射光可反演推 算出大氣各項(xiàng)參數(shù)如溫度、速度、不同氣體的比重。由于大氣對同一入射光存在著彈性散 射和非彈性散射(非彈性散射主要包括轉(zhuǎn)動拉曼與振動拉曼)，這兩種散射的光譜分布在 不同的波段上，不僅如此，大氣中含有不同成分的氣體，不同氣體它們的非彈性散射譜又各 自分布在相異的波段上，所以，要全面測算大氣的各項(xiàng)參數(shù)，需要從大氣回波中分離提取不 同波段的光譜。當(dāng)前的激光雷達(dá)在回波提取方面，通常利用窄帶干涉濾光片、FP標(biāo)準(zhǔn)具等，但僅能 提取一種波段的光譜，這樣的光探測回收到的有效信息比較有限，即只能測定出某一項(xiàng)的 大氣參數(shù)，而使整個雷達(dá)系統(tǒng)的工作效率低。雖然也可以采用高光譜分辨率光柵分光儀或 多光柵單色儀等高精密儀器，先進(jìn)行空間分光再用透鏡匯聚提取，但是這種系統(tǒng)的構(gòu)造復(fù) 雜，價格昂貴，且在安裝工藝上對儀器的位置固定要求十分苛刻。因此，針對激光探測大氣構(gòu)建一種成本低，實(shí)用性強(qiáng)的大氣回波專用光譜分離裝 置，將應(yīng)用價值高的各個光譜段分別提取出來，大幅提高激光雷達(dá)系統(tǒng)的探測功能和效率， 拓展其在大氣遙感中的使用范圍是非常必要的。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是提供一種激光雷達(dá)大氣回波光譜分離裝置，以彌補(bǔ)已有技術(shù)的不 足。本實(shí)用新型根據(jù)已有的技術(shù)，考慮到大氣回波光譜中的氣溶膠、大氣分子彈性散 射譜，水汽分子振動拉曼譜，氮?dú)夥肿诱駝永V，大氣分子轉(zhuǎn)動拉曼高量子譜(高量子譜 強(qiáng)隨溫度升高而增強(qiáng))和大氣分子轉(zhuǎn)動拉曼低量子譜(低量子譜強(qiáng)隨溫度升高而減弱)，這 五個光譜幾乎涵蓋大氣的各項(xiàng)參量信息，最具應(yīng)用價值，故全新設(shè)計了一種光譜分離裝置， 該裝置中包含一套根據(jù)相應(yīng)光譜波段設(shè)計的帶分光性質(zhì)的濾光片，且這一套濾光片在光路 上有序排列而將上述需要的五個光譜段分離提取，并分別由五個光準(zhǔn)直器接收，以供多種 激光雷達(dá)選取所需的光譜。本實(shí)用新型包括一個下板面上有光學(xué)平板的殼體，殼體側(cè)面端口上設(shè)置有一個光 纖接口和五個光準(zhǔn)直器，殼體內(nèi)的光學(xué)平板上固定有濾光片a、濾光片b、濾光片C、濾光片 d、濾光片e和濾光片f六個濾光片，各濾光片和光準(zhǔn)直器的位置關(guān)系如下兩個平行設(shè)置的 濾光片a和濾光片d與光纖接口和對面的光準(zhǔn)直器在同一光軸上，濾光片a的反射光線穿 過濾光片b，出射到同一光軸的光準(zhǔn)直器上接收氮?dú)夥肿诱駝永V，濾光片b的反射光線垂直入射到濾光片c，并射出至同一光軸的光準(zhǔn)直器上接收水汽分子振動拉曼譜，濾光片a 的透射光線穿過濾光片d，出射到同一光軸的光準(zhǔn)直器上接收氣溶膠、大氣分子的彈性散射 譜，濾光片d的反射光線穿過與其平行的濾光片e，出射到同一光軸的光準(zhǔn)直器上接收轉(zhuǎn)動 拉曼低量子譜，濾光片e的反射光線垂直入射到濾光片f，并射出至同一光軸的光準(zhǔn)直器上 接收轉(zhuǎn)動拉曼高量子譜，上述的濾光片a、濾光片b、濾光片d和濾光片e的入射角在5° 15°的范圍內(nèi)?？紤]到消除雜散射光的干擾，上述殼體的內(nèi)表面設(shè)有黑涂層，殼體由鋁質(zhì)材制成。本實(shí)用新型的主要優(yōu)點(diǎn)在于專門設(shè)計的分光裝置進(jìn)行激光雷達(dá)大氣回波的光譜 分離，一次提取出氮?dú)夥肿诱駝永V、水汽分子振動拉曼譜、氣溶膠、大氣分子的彈性散 射譜、以及大氣分子轉(zhuǎn)動拉曼高、低量子譜，以供雷達(dá)使用者任意選取所需光譜段，滿足激 光雷達(dá)全面探測大氣的需求。制作成本大幅降低，較之同類產(chǎn)品單價低而實(shí)用性強(qiáng)。
以下結(jié)合附圖對本發(fā)明做進(jìn)一步說明。


圖1，本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖。其中，1.殼體2.黑涂層3.光纖接口 4.濾光片a 5.濾光片b 6.濾光片c 7.濾 光片d8.濾光片e 9.濾光片f 10.光準(zhǔn)直器
具體實(shí)施方式
如
圖1，本實(shí)用新型包括一個殼體1，且該殼體1內(nèi)表面涂有黑涂層2，殼體1下板 面設(shè)計為帶螺孔的光學(xué)平板，殼體1側(cè)面端口上設(shè)置有一個光纖接口 3和五個光準(zhǔn)直器10。 濾光片a4、濾光片b5、濾光片c6、濾光片d7、濾光片e8和濾光片f9固定于殼體1下板面，且 濾光片a4的軸心對準(zhǔn)光纖接口 3的中心，濾光片a4的入射角在5° 15°的范圍內(nèi)(即 法線與光軸成5° 15° )，濾光片b5的軸心在濾光片a4的反射光線上，濾光片b5的法 線與光軸成5° 15°，濾光片c6的軸心在濾光片b5的反射光線上，濾光片c6的法線與 光軸平行，濾光片d7的軸心在濾光片a4的透射光線上，濾光片d7的法線與光軸成5° 15°，濾光片e8的軸心在濾光片d7的反射光線上，濾光片e8的法線與光軸成5° 15°， 濾光片f9的軸心在濾光片e8的反射光線上，濾光片f9的法線與光軸平行。光信號通過光 纖接口 3入射到濾光片a4，濾光片a4的反射光又入射到濾光片b5，濾光片b5的透射光譜 為氮?dú)夥肿诱駝永V并進(jìn)入一個光準(zhǔn)直器10準(zhǔn)直接收，濾光片b5的反射光垂直入射到 濾光片c6，透射出水汽分子振動拉曼譜并進(jìn)入一個光準(zhǔn)直器10準(zhǔn)直接收，同時，濾光片a4 的透射光入射到濾光片d7，濾光片d7的透射光譜為氣溶膠、大氣分子的彈性散射譜并進(jìn)入 一個光準(zhǔn)直器10準(zhǔn)直接收，濾光片d7的反射光入射到濾光片e8，濾光片e8的透射光譜為 轉(zhuǎn)動拉曼低量子譜并進(jìn)入一個光準(zhǔn)直器10準(zhǔn)直接收，濾光片e8的反射光垂直入射到濾光 片f9，透射出轉(zhuǎn)動拉曼高量子譜亦進(jìn)入一個光準(zhǔn)直器10準(zhǔn)直接收。由此從大氣回波中將五 個光譜段分離提取出來。上述濾光片a4、濾光片b5、濾光片c6、濾光片d7、濾光片e8和濾光片f9，它們可以 是干涉濾光片、法拉第反常色散濾波器或者Fabry-Perot標(biāo)準(zhǔn)具。當(dāng)激光雷達(dá)工作波長為532nm時，各濾光片透射、反射波段如下濾光片a4透射波段527nm 533nm，反射波段600nm 670nm ；濾光片b5透射波段606nm 609nm，反射 波段659nm 662nm ；濾光片c6透射波段659nm 662nm ；濾光片d7透射波段531. 9nm 532. Inm,反射波段528nm 531. 2nm ；濾光片e8透射波段530. 2nm 531. 2nm,反射波段 528nm 529. 5nm ；濾光片 f9 透射波段 528nm 529. 5nm。激光雷達(dá)工作波長為355nm時，各濾光片透射、反射波段如下濾光片a4透射波 段351nm 356nm，反射波段380nm 415nm ；濾光片b5透射波段384nm 389nm，反射波 段405nm 410nm ；濾光片c6透射波段405nm 410nm ；濾光片d7透射波段354. 9nm 355. Inm,反射波段352nm 354. 6nm ；濾光片e8透射波段354. 3nm 354. 6nm,反射波段 352nm 354nm ；濾光片f9透射波段353nm 354nm。上述光準(zhǔn)直器10，可選用Thorlabs公司的F810FC-635或F280APC-A。上述殼體的內(nèi)表面是黑涂層，殼體由鋁質(zhì)材制成。
權(quán)利要求一種激光雷達(dá)大氣回波光譜分離裝置，其特征是包括一個下板面上有光學(xué)平板的殼體(1)，殼體(1)側(cè)面端口上設(shè)置有一個光纖接口(3)和五個光準(zhǔn)直器(10)，殼體(1)內(nèi)的光學(xué)平板上固定有濾光片a(4)、濾光片b(5)、濾光片c(6)、濾光片d(7)、濾光片e(8)和濾光片f(9)六個濾光片，各濾光片和光準(zhǔn)直器的位置關(guān)系如下兩個平行設(shè)置的濾光片a(4)和濾光片d(7)與光纖接口(3)和對面的光準(zhǔn)直器(10)在同一光軸上，濾光片a(4)的反射光線穿過濾光片b(5)，出射到同一光軸的光準(zhǔn)直器(10)上接收氮?dú)夥肿诱駝永V，濾光片b(5)的反射光線垂直入射到濾光片c(6)，并射出至同一光軸的光準(zhǔn)直器(10)上接收水汽分子振動拉曼譜，濾光片a(4)的透射光線穿過濾光片d(7)，出射到同一光軸的光準(zhǔn)直器(10)上接收氣溶膠、大氣分子的彈性散射譜，濾光片d(7)的反射光線穿過與其平行的濾光片e(8)，出射到同一光軸的光準(zhǔn)直器(10)上接收轉(zhuǎn)動拉曼低量子譜，濾光片e(8)的反射光線垂直入射到濾光片f(9)，并射出至同一光軸的光準(zhǔn)直器(10)上接收轉(zhuǎn)動拉曼高量子譜，上述的濾光片a(4)、濾光片b(5)、濾光片d(7)和濾光片e(8)的入射角在5°～15°的范圍內(nèi)。
2.如權(quán)利要求1所述的激光雷達(dá)大氣回波光譜分離裝置，其特征是上述的各濾光片透 射、反射波段如下濾光片a (4)透射波段351nm 356nm，反射波段380nm 415nm ；濾光片 b (5)透射波段384nm 389nm，反射波段405nm 410nm ；濾光片c (6)透射波段405nm 4IOnm ；濾光片d (7)透射波段354. 9nm 355. Inm,反射波段352nm 354. 6nm ；濾光片e (8) 透射波段354. 3nm 354. 6nm,反射波段352nm 354nm ；濾光片f(9)透射波段353nm 354nm。
3.如權(quán)利要求1所述的激光雷達(dá)大氣回波光譜分離裝置，其特征是上述的濾光片 a (4)的透射波段527nm 533nm，反射波段600nm 670nm ；濾光片b (5)的透射波段 606nm 609nm，反射波段659nm 662nm ；濾光片c (6)的透射波段659nm 662nm ；濾光 片d(7)的透射波段531. 9nm 532. Inm,反射波段528nm 531. 2nm ；濾光片e (8)的透射 波段530. 2nm 531. 2nm,反射波段528nm 529. 5nm ；濾光片f (9)的透射波段528nm 529. 5nm。
4.如權(quán)利要求1所述的激光雷達(dá)大氣回波光譜分離裝置，其特征是上述光準(zhǔn)直器(10) 選用 Thorlabs 公司的 F810FC-635 或 F280APC-A。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種激光雷達(dá)大氣回波光譜分離裝置，其特征是包括一個下板面上有光學(xué)平板的殼體，殼體側(cè)面端口上設(shè)置有一個光纖接口和五個光準(zhǔn)直器，殼體內(nèi)的光學(xué)平板上固定有濾光片a、濾光片b、濾光片c、濾光片d、濾光片e和濾光片f六個濾光片，緊湊地構(gòu)成一個光譜分離模塊，分別提取氮?dú)夥肿诱駝永V、水汽分子振動拉曼譜、氣溶膠、大氣分子的彈性散射譜、轉(zhuǎn)動拉曼低量子譜和轉(zhuǎn)動拉曼高量子譜。本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)在于能一次提取出激光雷達(dá)所常用的五個光譜段，滿足激光雷達(dá)全面探測大氣的需求并大幅降低成本。
文檔編號G02B27/10GK201637849SQ20102016059
公開日2010年11月17日 申請日期2010年4月13日 優(yōu)先權(quán)日2010年4月13日
發(fā)明者吳松華, 陳陽 申請人:中國海洋大學(xué)