一種大氣傳輸雷射透過率的測量方法
2023-09-19 07:59:00 2
一種大氣傳輸雷射透過率的測量方法
【專利摘要】本發明公開了一種利用太陽輻射計獲得雷射大氣透過率的方法，利用太陽輻射計測量得到特定波段的太陽輻射總透過率Tsun和大氣垂直水汽柱含量PW，結合輻射傳輸方程和MODTRAN5.0軟體模擬計算、光譜響應函數f(λ)，最後得到大氣對雷射的總透過率Tlaser的最終計算模型。本發明方法充分考慮了雷射窄光譜透過率與太陽光寬光譜透過率的差異，建立了雷射大氣透過率與太陽輻射計測量得到的太陽透過率和大氣垂直水汽柱含量的關係，將雷射在大氣中傳輸時透過率測量誤差降到最小，適用於大氣分子吸收主要表現為H2O吸收的情況。
【專利說明】一種大氣傳輸雷射透過率的測量方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及雷射大氣傳輸領域，具體是一種大氣傳輸雷射透過率的測量方法。
【背景技術】
[0002]雷射在大氣中傳輸時，會因大氣的作用而受到衰減，雷射的傳輸效率即透過率的測量和計算對於雷射大氣探測、雷射傳輸實驗和自由空間雷射通信都非常重要。通常情況下，雷射透過率的測量是通過發射雷射的方式直接測量，但是單一的測量方式不易驗證測量的準確性，當雷射在大氣中的透過率不易直接測量時，建立太陽透過率與雷射透過率的關係，利用太陽透過率導出雷射透過率，是對直接測量方式強有力的補充。但是由於太陽是寬光譜，窄帶濾光片也有一定的帶寬，若直接將特定波長的太陽光透過率等同於雷射透過率是存在一定誤差的，尤其是對於同時輸出多條波長且間隔相近的雷射器而言，這種近似會導致較大誤差。
【發明內容】
[0003]本發明的目的是提供一種大氣傳輸雷射透過率的測量方法，以解決現有技術雷射在大氣中傳輸時透過率測量不準確的問題。
[0004]為了達到上述目的，本發明所採用的技術方案為:
[0005]一種大氣傳輸 雷射透過率的測量方法，其特徵在於，包括以下步驟:
[0006](I)、利用太陽輻射計測量得到特定波段的太陽輻射總透過率Tsm和大氣垂直水汽柱含量PW ；
[0007](2)、根據大氣對太陽光、雷射的衰減特性，對於大氣中的分子吸收主要是水汽吸收的波段，確定大氣對太陽光、雷射的衰減作用之間的關係，並建立大氣對雷射的總透過率TlasCT，其表達式如公式(I)所示:
[0008]Tlaser = 1-[(1-Tlaserw)+ ((1-Tsun)-(1-Tsunw))] = Tsun-Tsunw+Tlaserw (I),
[0009]公式⑴中，Tsun為太陽輻射計測量得到特定波段的太陽輻射總透過率，Tsm w為太陽輻射水汽透過率，Tlaser w為雷射譜線水汽透過率；
[0010](3)、利用所測量的太陽輻射總透過率Tsun和大氣垂直水汽柱含量PW，結合輻射傳輸方程和M0DTRAN5.0軟體以及濾光片的光譜響應函數、雷射譜線的相對強度，計算太陽輻射水汽透過率Tsm w和雷射譜線水汽透過率Tlasw w ；
[0011]其中，太陽輻射水汽透過率Tsun w的計算公式如公式(2)所示:
[0012]Txm w = exp(-//, (mPW f )
~ \ ? / f
[0013]雷射譜線水汽透過率的計算公式如公式(3)所示:
[0014]Tlaxir ? = cxpta2(mPWrf)
細\0 J f
[0015]公式(2)和公式(3)中，m= {cos Θ +0.15(93.885- θ Π θ 是天頂角，根據測量需要可以任意選取為常數，與給定的大氣條件、太陽輻射計濾光片的光譜響應函數f ( λ )、水汽的垂直分布因素有關，所述的濾光片的光譜響應函數f( λ )直接由所選用的濾波片決定；
[0016]根據輻射傳輸方程，藉助於M0DTRAN5.0軟體和相關數據處理計算常數％、b, (i =1，2)的過程如下:
[0017]依照Bruegge和Halthore的研究,通帶水汽透過率Tw與斜程水汽量w (w = mPff)的關係為:
【權利要求】
1.一種大氣傳輸雷射透過率的測量方法，其特徵在於，包括以下步驟: (1)、利用太陽輻射計測量得到特定波段的太陽輻射總透過率Tsun和大氣垂直水汽柱含量PW ； (2)、根據大氣對太陽光、雷射的衰減特性，對於大氣中的分子吸收主要是水汽吸收的波段，確定大氣對太陽光、雷射的衰減作用之間的關係，並建立大氣對雷射的總透過率Tlasw，其表達式如下所示: T =1- T(?-Τ 彳 + T?-Τ 彳一---Τ ^I=T -T +τ
丄 laser丄 L 、丄丄 laser_w7 \ \ 丄丄 sun^ 、丄丄 sun_w7 7 」丄 sun 丄 sun_w 丄 laser_w 其中，Τ.為太陽輻射計測量得到特定波段的太陽輻射總透過率，Tsm w為太陽輻射水汽透過率，Tlaser w為雷射譜線水汽透過率； (3)、利用所測量的太陽輻射總透過率Tsun和大氣垂直水汽柱含量PW，結合輻射傳輸方程和M0DTRAN5.0軟體以及濾光片的光譜響應函數、雷射譜線的相對強度，計算太陽輻射水汽透過率Tsun w和雷射譜線水汽透過率Tlasw w ； 其中，太陽輻射水汽透過率Tsun w的計算公式如下式所示:
2.根據權利要求1所述的一種大氣傳輸雷射透過率的測量方法，其特徵在於:所述的大氣中的分子吸收主要是水汽吸收的波段，選定1300~1360nm波段，在此波段範圍內，對於所選用的1330nm的濾光片和1319nm與1338nm雙波長Nd:YAG脈衝雷射，在中緯度夏季地區，得到 BpVayb2 的值分別為 B1 = 0.26262,bi = 0.60347，a2 = 0.00263，b2 = 0.31861。
【文檔編號】G01N21/59GK104034700SQ201410280685
【公開日】2014年9月10日 申請日期:2014年6月21日 優先權日:2014年6月21日
【發明者】程知, 侯再紅, 何楓, 譚逢富, 靖旭, 秦來安, 張巳龍 申請人:中國科學院合肥物質科學研究院