一種多波長偏振拉曼雷射雷達分光系統的製作方法
2023-06-01 18:24:56
本發明涉及雷射大氣遙感技術領域，特別涉及一種多波長偏振拉曼雷射雷達分光系統。
背景技術：
大氣氣溶膠顆粒的形態、性質不停的發生各種變化，而大氣水汽是影響這種變化的最重要因子。水汽在氣溶膠顆粒表面上凝結，使得顆粒增大。這種親水增長對其光學性質的影響，已成為氣溶膠和氣候變化領域一個重要的研究課題。
雷射雷達是以雷射器作為發射光源，採用光電探測技術手段主動遙感設備，是雷射技術與現代光電探測技術結合的先進探測技術。由於雷射雷達具有探測靈敏度高、空間解析度高等優點，已成為目前對大氣、海洋和陸地進行高精度遙感探測的有效方法。目前，雷射雷達多為單波長、單參量測量，為了準確研究和評估氣溶膠及水汽的環境和氣候影響，通常需要進行多次測量，耗費大量成本及時間。
技術實現要素：
本發明的目的在於改善現有技術中所存在的不足，提供一種多波長偏振拉曼雷射雷達分光系統。
為了實現上述發明目的，本發明實施例提供了以下技術方案：
一種多波長偏振拉曼雷射雷達分光系統，包括：
分光裝置，用於將接收到的光線分為至少兩路；
至少兩個濾光裝置，分別用於透過不同的指定波長光線，一個濾光裝置對應透射從所述分光裝置出射的一路光線。
在更為優選的方案中，上述系統還包括偏振裝置，用於將其中一個濾光裝置輸出的光線偏振為水平光線和垂直光線。
在更為優選的方案中，上述系統還包括聚光透鏡和光電探測器，所述聚光透鏡將從所述濾光裝置或所述偏振裝置出射的光線匯聚於所述光電探測器中；所述聚光透鏡的數量與光電探測器的數量相等，為濾光裝置的數量加1。
作為一種具體的實施方案，所述分光裝置包括至少一個二向色片，一個二向色片將接收到的光線分為兩路；當二向色片為兩個及以上時，兩個及以上二向色片依次設置，前一個二向色片的其中一路光線作為後一個二向色片的輸入光線。
作為一種具體的實施方案，中心波長為355nm的第一幹涉濾光片、中心波長為532nm的第二幹涉濾光片、中心波長為607nm的第三幹涉濾光片、中心波長為660nm的第四幹涉濾光片、中心波長為1064nm的第五幹涉濾光片中的任意至少兩個。通過不同波長的幹涉濾光片選擇出需要的光線。
作為一種具體的實施方案，所述聚光透鏡為平凸透鏡。所述光電探測器為光電倍增管或雪崩二極體。
與現有技術相比，本發明的有益效果：分光系統將接收到的光線分為至少兩路後，每路光線由一個濾光裝置透射通過指定波長光線，至少兩個濾光裝置可以透過至少兩種指定波長光線，即可同時實現對大氣氣溶膠消光係數、氣溶膠退偏振比、水汽等參數中的至少兩種參數的全天候探測，從而降低探測成本，節約時間並減輕實驗工作量。
附圖說明
為了更清楚地說明本發明實施例的技術方案，下面將對實施例中所需要使用的附圖作簡單地介紹，應當理解，以下附圖僅示出了本發明的某些實施例，因此不應被看作是對範圍的限定，對於本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他相關的附圖。
圖1為本發明實施例提供的多波長偏振拉曼雷射雷達分光系統的結構示意圖。
圖中標記說明
11-第一二向色片；12-第二二向色片；13-第三二向色片；第四二向色片；21-偏振稜鏡；31-第一幹涉濾光片；32-第二幹涉濾光片；33-第三幹涉濾光片；34-第四幹涉濾光片；35-第五幹涉濾光片；41-第一平凸透鏡；42-第二平凸透鏡；43-第三平凸透鏡；44-第四平凸透鏡；45-第五平凸透鏡；51-第一光電倍增管；52-第二光電倍增管；53-第三光電倍增管；54-第四光電倍增管；55-第五光電倍增管；61-雪崩二極體；9-數據採集系統；10-高壓電源。
具體實施方式
下面將結合本發明實施例中附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。通常在此處附圖中描述和示出的本發明實施例的組件可以以各種不同的配置來布置和設計。因此，以下對在附圖中提供的本發明的實施例的詳細描述並非旨在限制要求保護的本發明的範圍，而是僅僅表示本發明的選定實施例。基於本發明的實施例，本領域技術人員在沒有做出創造性勞動的前提下所獲得的所有其他實施例，都屬於本發明保護的範圍。
應注意到：相似的標號和字母在下面的附圖中表示類似項，因此，一旦某一項在一個附圖中被定義，則在隨後的附圖中不需要對其進行進一步定義和解釋。同時，在本發明的描述中，術語「第一」、「第二」等僅用於區分描述，而不能理解為指示或暗示相對重要性。
本發明提供了一種多波長偏振拉曼雷射雷達分光系統，該分光系統包括分光裝置和濾光裝置，其中，分光裝置用於將接收到的光線分為至少兩路；濾光裝置為至少兩個，一個濾光裝置對應透射從所述分光裝置出射的一路光線，至少兩個濾光裝置分別用於透過不同的指定波長光線。
作為一種可實施方式的舉例，分光裝置可以包括至少一個二向色片，一個二向色片將接收到的光線分為兩路；當二向色片為兩個及以上時，兩個及以上二向色片依次設置，前一個二向色片的其中一路光線作為後一個二向色片的輸入光線。
作為一種可實施方式的舉例，濾光裝置可以為：中心波長為355nm的第一幹涉濾光片、中心波長為532nm的第二幹涉濾光片、中心波長為607nm的第三幹涉濾光片、中心波長為660nm的第四幹涉濾光片、中心波長為1064nm的第五幹涉濾光片中的任意至少兩個。
在進一步完善的方案中，上述分光系統還包括偏振裝置，用於將其中一個濾光裝置輸出的光線偏振為水平光線和垂直光線。偏振裝置可以是偏振稜鏡。
在更進一步完善的方案中，上述分光系統還包括聚光透鏡和光電探測器，所述聚光透鏡將從所述濾光裝置或所述偏振裝置出射的光線匯聚於所述光電探測器中；所述聚光透鏡的數量與光電探測器的數量相等，為濾光裝置的數量加1。聚光透鏡可以是平凸透鏡，光電探測器可以是光電倍增管或雪崩二極體。
下面結合附圖及一個更為具體的實施例對所述多波長偏振拉曼雷射雷達分光系統進行說明。
請參閱圖1，本實施例提供了一種多波長偏振拉曼雷射雷達分光系統，主要包括第一二向色片11、第二二向色片12、第三二向色片13、第四二向色片14、偏振稜鏡21、第一幹涉濾光片31、第二幹涉濾光片32、第三幹涉濾光片33、第四幹涉濾光片34、第五幹涉濾光片35、第一平凸透鏡41、第二平凸透鏡42、第三平凸透鏡43、第四平凸透鏡44、第五平凸透鏡45、第六平凸透鏡46、第一光電倍增管51、第二光電倍增管52、第三光電倍增管53、第四光電倍增管54和第五光電倍增管55和雪崩二極體61。
雷射發射系統發射一束雷射，該雷射束在大氣中與不同的粒子、分子等大氣物質發生散射效應，產生散射光，其中後向散射光由光學接收系統進行回收，再經過多波長偏振拉曼雷射雷達分光系統進行分光處理，最後交由數據採集系統9進行數據採集。光學接收系統回收的光線入射至第一二向色片11，第一二向色片11將光線分為反射和透射兩路，其中透射一路向後傳遞，反射的一路經過第一幹涉濾光片31濾除雜色光，僅讓波長為355nm的光信號通過，並通過第一平凸透鏡41匯聚於第一光電倍增管51中；通過第一二向色片11向後傳遞的透射光線直射至第二二向色片12，同樣分為兩路，其中透射一路繼續向後傳遞，反射的一路則用於進行偏振通道的搭建；通過第二二向色片12後的反射光線，先經過第二幹涉濾色片32濾除雜色光，僅讓波長為532nm的光信號通過，然後經過偏振稜鏡21，將波長532nm光線分為兩路，一路為水平方向，一路為垂直方向，其中透射部分為水平方向，光線經過第二平凸透鏡42匯聚於第二光電倍增管52，反射部分為垂直方向，光線經過第三平凸透鏡43匯聚於第三光電倍增管53；經過第二二向色片12向後傳遞的透射光線入射至第第三二向色片13，第三二向色片13將光線分為兩路，其中反射部分的光線主要用于振動拉曼水汽探測，透射一路光線向後傳遞經過第五幹涉濾色片35濾除雜色光，僅讓波長為1064nm的光信號通過，再經過第六平凸透鏡46匯聚於雪崩二極體61中；對于振動拉曼水汽探測部分，通過第三二向色片13的反射光線入射至第四二向色片14，同樣被分為兩路，透射部分光線經過第三幹涉濾光片33濾除雜色光，僅讓波長為607nm的氮氣振動拉曼散射信號通過，再經過第四平凸透鏡44匯聚於第四光電倍增管54中，反射部分光線經過第四幹涉濾光片34濾除雜色光，僅讓波長為660nm的水汽振動拉曼散射信號通過，再經過第五平凸透鏡45匯聚於第五光電倍增管55中。
第一光電倍增管51接收波長為355nm的信號；第二光電倍增管52接收波長為532nm平行方向上的信號；第三光電倍增管53接收波長為532nm垂直方向上的信號；第四光電倍增管54接收波長為607nm的氮氣振動拉曼散射信號；第五光電倍增管55接收波長為660nm的水汽振動拉曼散射信號；雪崩二極體接收波長為1064nm的信號。
在本實施例中，第一光電倍增管51將接收的波長為355nm的光信號轉化為電信號，傳遞至數據採集系統9，由數據採集系統9分析處理，最後確認該光路為氣溶膠米通道；第二光電倍增管52將接收的波長為532nm平行方向上的光信號轉化為電信號，傳遞至數據採集系統9，由數據採集系統9分析處理，最後確認該光路為氣溶膠偏振平行通道；第三光電倍增管53將接收的波長為532nm垂直方向上的光信號轉化為電信號，傳遞至數據採集系統9，由數據採集系統9分析處理，最後確認該光路為氣溶膠偏振垂直通道；第四光電倍增管54將接收的波長為660nm的光信號轉化為電信號，傳遞至數據採集系統9，由數據採集系統9分析處理，最後確認該光路為水汽振動拉曼散射通道；第五光電倍增管55將接收的波長為607nm的光信號轉化為電信號，傳遞至數據採集系統9，由數據採集系統9分析處理，最後確認該光路為氮氣振動拉曼散射通道。
在本實施例的可選方案中，如圖1所示，為了使探測器正常工作，需要為其提供高壓；高壓裝置10為第一光電倍增管51、第二光電倍增管52、第三光電倍增管53、第四光電倍增管54和第五光電倍增管55提供負高壓，供壓範圍為0至-1300v；高壓裝置9為雪崩二極體61提供正高壓，供壓範圍為0至350v。
以上所述，僅為本發明的具體實施方式，但本發明的保護範圍並不局限於此，任何熟悉本技術領域的技術人員在本發明揭露的技術範圍內，可輕易想到變化或替換，都應涵蓋在本發明的保護範圍之內。