一種偏振拉曼激光雷達(dá)發(fā)射接收系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實(shí)用新型涉及激光雷達(dá)技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及用于精準(zhǔn)測(cè)量大氣氣溶膠、云退偏 比及后向散射系數(shù)等參數(shù)的一種偏振拉曼激光雷達(dá)發(fā)射接收系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002] 偏振拉曼激光雷達(dá)屬于大氣遙感領(lǐng)域。偏振激光雷達(dá)發(fā)射一束線(xiàn)偏光，同時(shí)接收 回波信號(hào)中垂直和平行于發(fā)射激光偏振方向的分量，不僅能對(duì)氣溶膠及云在大氣中的含量 進(jìn)行探測(cè)，還能通過(guò)對(duì)回波信號(hào)的偏振態(tài)的測(cè)量來(lái)獲取氣溶膠及云粒子的形狀信息，以用 于判斷氣溶膠和云的類(lèi)型，被廣泛應(yīng)用于大氣遙感探測(cè)。偏振拉曼激光雷達(dá)在此基礎(chǔ)上加 入氮?dú)饫盘?hào)，可以獲得更好的氣溶膠消光及后向散射結(jié)果。偏振拉曼激光雷達(dá)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn) 單，適合機(jī)載或者其它移動(dòng)式觀測(cè)，被大量用于組建激光雷達(dá)觀測(cè)網(wǎng)。
[0003] 在發(fā)射系統(tǒng)方面保證發(fā)射激光的線(xiàn)偏振純度和控制激光的偏振方向；在接收系統(tǒng) 確保平行通道和垂直通道偏振光的純度對(duì)精準(zhǔn)測(cè)量大氣氣溶膠及云的退偏比有著重要意 義。
[0004] 另外傳統(tǒng)的利用Fernald方法反演氣溶膠后向散射系數(shù)需要對(duì)氣溶膠的消光和 后向散射系數(shù)之間的關(guān)系進(jìn)行假設(shè)，這種假設(shè)帶來(lái)的數(shù)據(jù)不確定性較大。 【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0005] 本實(shí)用新型的目的在于提出一種偏振拉曼激光雷達(dá)發(fā)射接收系統(tǒng)，用于激光工作 波段為532nm的激光雷達(dá)發(fā)射及接收光學(xué)系統(tǒng)，夠提高偏振拉曼激光雷達(dá)在探測(cè)大氣氣溶 膠及云時(shí)的數(shù)據(jù)精度，克服現(xiàn)有技術(shù)存在的不足。
[0006] -種偏振拉曼激光雷達(dá)發(fā)射接收系統(tǒng)，包括：發(fā)射單元和接收單元；
[0007] 所述發(fā)射單元，從出光端到發(fā)射端依次包括：用于發(fā)射激光的激光器，用于提高 激光器發(fā)射激光的線(xiàn)偏振純度的起偏器，用于反射532nm波長(zhǎng)的光、透射1064nm波長(zhǎng)的光 且同時(shí)作為反射鏡調(diào)節(jié)光路的第一分色鏡，用于調(diào)節(jié)激光器發(fā)射線(xiàn)偏振激光的偏振方向的 1/2波片，用于反射532nm波長(zhǎng)的光、透射1064nm波長(zhǎng)的光且同時(shí)作為反射鏡調(diào)節(jié)光路的第 二分色鏡，用于減少激光的發(fā)散角以提高激光雷達(dá)探測(cè)效率的擴(kuò)束鏡，用于反射532nm波 長(zhǎng)的光、透射l〇64nm波長(zhǎng)的光的第一反射鏡及用于將第一反射鏡反射的激光透射出去的 窗口；
[0008] 所述接收單元，從接收端到處理端依次包括：用于接收回波信號(hào)的望遠(yuǎn)鏡，用于調(diào) 整回波信號(hào)視場(chǎng)的光闌，用于反射回波信號(hào)的第二反射鏡，用于將回波信號(hào)準(zhǔn)直為平行光 的準(zhǔn)直透鏡，用于分離回波信號(hào)中的彈性散射信號(hào)和拉曼散射信號(hào)的第三分色鏡，用于去 除反射的拉曼散射信號(hào)中的雜散光的窄帶濾光片，用于匯聚拉曼散射信號(hào)的第一凸透鏡， 用于接收拉曼散射信號(hào)并轉(zhuǎn)換為電信號(hào)的第一光電倍增管，用于將彈性散射信號(hào)分為平行 偏振光和垂直偏振光的偏振分光晶體組，用于去除平行偏振的彈性散射信號(hào)中的雜散光的 第一窄帶濾光片組，用于匯聚平行偏振的彈性散射信號(hào)的第二凸透鏡，用于接收平行偏振 的彈性散射信號(hào)并轉(zhuǎn)換為電信號(hào)的第二光電倍增管，用于去除垂直偏振的彈性散射信號(hào)中 的雜散光的第二窄帶濾光片組，用于匯聚垂直偏振的彈性散射信號(hào)的第三凸透鏡，用于接 收垂直偏振的彈性散射信號(hào)并轉(zhuǎn)換為電信號(hào)的第三光電倍增管。
[0009] 其中，在所述發(fā)射單元中，所述激光器的出光孔與所述起偏器、第一分色鏡、1/2波 片、第二分色鏡、擴(kuò)束鏡及第一反射鏡的光心高度保持一致，所述窗口放置在第一反射鏡的 正上方；
[0010] 在所述接收單元中，所述光闌、第二反射鏡、準(zhǔn)直透鏡、第三分色鏡、窄帶濾光片、 第一凸透鏡、偏振分光晶體組、第一窄帶濾光片組、第二凸透鏡、第二窄帶濾光片組及第三 凸透鏡封裝在一個(gè)封裝體內(nèi)。
[0011] 其中，所述偏振分光晶體組包括第一偏振分光晶體、第二偏振分光晶體、及第三偏 振分光晶體，所述第一偏振分光晶體和第二偏振分光晶體將彈性散射信號(hào)分為平行偏振 光，所述第一偏振分光晶體和第三偏振分光晶體將彈性散射信號(hào)分為垂直偏振光。
[0012] 其中，所述激光器為混合輸出1064nm基頻光和532nm倍頻光的Nd:YAG激光器；
[0013] 所述激光器輸出激光入射起偏器的入射角度為45°;
[0014] 所述第一分色鏡和第二分色鏡均反射532nm波長(zhǎng)的光、透射1064nm波長(zhǎng)的光；
[0015] 所述擴(kuò)束鏡為5倍擴(kuò)束鏡；
[0016] 所述窗口與出射光的垂直方向呈傾斜5°設(shè)置。
[0017] 其中，所述望遠(yuǎn)鏡為Meade公司的卡塞格林望遠(yuǎn)鏡，其直徑為203mm，F(xiàn)/10,視場(chǎng)角 為 2. 5mrad;
[0018] 所述準(zhǔn)直透鏡焦距為150mm;
[0019] 所述第三分色鏡為高反@607nm、高透@532nm的分色鏡；
[0020] 所述第一光電倍增管、第二光電倍增管及第三光電倍增管均為日本濱松公司 H10721系列光電倍增管；
[0021] 所述偏振分光晶體組中所包含的偏振分光晶體均為25. 4mm*25. 4mm*25. 4mm的立 方體；所述偏振分光晶體的參數(shù)為T(mén)p:Ts>500:1，Rs:Rp>20:1。
[0022] 其中，所述光闌與望遠(yuǎn)鏡出光口的垂直距離為107mm。
[0023] 其中，所述光闌的孔徑大小為4mm。
[0024] 其中，所述望遠(yuǎn)鏡與發(fā)射單元中的第一反射鏡的中心距離為230mm。
[0025] 有益效果：
[0026] 本實(shí)用新型所述的一種偏振拉曼激光雷達(dá)發(fā)射接收系統(tǒng)，用于激光工作波段為 532nm的激光雷達(dá)發(fā)射及接收光學(xué)系統(tǒng)，該系統(tǒng)在發(fā)射單元引入起偏器及零級(jí)1/2波片提 高發(fā)射激光線(xiàn)偏振純度，在接收單元加入532nm窄帶濾光片和偏振分光晶體組提高通道接 收信號(hào)的純度和減少通道之間的串?dāng)_。本方案結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單易于實(shí)現(xiàn)，并且有效的接收到大氣 中氮分子的拉曼散射信號(hào)（607nm)，從而提高了反演大氣氣溶膠及云的退偏比的精度和反 演大氣氣溶膠及云的后向散射系數(shù)的精度。
【附圖說(shuō)明】
[0027] 附圖1為本實(shí)用新型具體實(shí)施例提供的發(fā)射單元的光路示意圖。
[0028] 附圖2為本實(shí)用新型具體實(shí)施例提供的接收單元的光路示意圖。
[0029] 附圖3為本實(shí)用新型具體實(shí)施例提供的偏振分光晶體組的擺放位置關(guān)系圖。
[0030] 附圖4為本實(shí)用新型具體實(shí)施例提供的發(fā)射單元光路的機(jī)械結(jié)構(gòu)圖。
[0031] 附圖5為本實(shí)用新型具體實(shí)施例提供的接收單元光路的機(jī)械結(jié)構(gòu)圖。
[0032] 附圖6為采用本實(shí)用新型【具體實(shí)施方式】提供的一種偏振拉曼激光雷達(dá)發(fā)射接收 系統(tǒng)在青島實(shí)驗(yàn)所測(cè)得信號(hào)單剖面示意圖。
[0033] 附圖7為附圖6的反演所得退偏比示意圖。
[0034] 附圖8為本實(shí)用新型具體實(shí)施例提供的激光器的參數(shù)表。
[0035]圖中：
[0036] 1 :激光器；2 :起偏器；3 :1/2波片；4_1 :第一分色鏡；4_2 :第二分色鏡；5 :擴(kuò)束 鏡；6 :第一反射鏡；7 :窗口；
[0037] 8 :望遠(yuǎn)鏡；9 :光闌；10 :第二反射鏡；11 :準(zhǔn)直透鏡；12 :第三分色鏡；13:窄帶濾 光片；14-1 :第一凸透鏡；14-2 :第二凸透鏡；14-3 :第三凸透鏡；15-1 :第一光電倍增管； 15-2 :第二光電倍增管；15-3 :第三光電倍增管；16 :偏振分光晶體組；16-1 :第一偏振分 光晶體；16-2 :第二偏振分光晶體；16-3 :第三偏振分光晶體；17-1:第一窄帶濾光片組； 17-2 :第二窄帶濾光片組。
【具體實(shí)施方式】
[0038] 下面結(jié)合附圖對(duì)【具體實(shí)施方式】進(jìn)行說(shuō)明。