多波段拉曼-熒光激光雷達(dá)系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】多波段拉曼-熒光激光雷達(dá)系統(tǒng)，包括激光發(fā)射系統(tǒng)、回波信號(hào)接收系統(tǒng)和信號(hào)采集系統(tǒng)，能同時(shí)探測多波段偏振米散射信號(hào)、氮?dú)夂退⑸湫盘?hào)和32通道夜間大氣熒光信號(hào)。激光發(fā)射系統(tǒng)可同時(shí)發(fā)射355nm、532nm和1064nm激光束；回波信號(hào)接收系統(tǒng)將回波信號(hào)分光、濾光得到355nm和532nm偏振米散射信號(hào)、607nm和660nm拉曼散射信號(hào)；信號(hào)采集系統(tǒng)與回波信號(hào)接收系統(tǒng)連接，采集355nm和532nm垂直和水平偏振米散射信號(hào)、607nm和660nm的氮?dú)夂退盘?hào)、32通道波長的夜間大氣微弱熒光信號(hào)，并將32通道波長的夜間大氣微弱熒光信號(hào)探測與355nm和532nm偏振米散射信號(hào)、607nm和660nm波段探測相結(jié)合用以探測研究生物氣溶膠的時(shí)空分布特征和復(fù)雜成分，以及大氣水汽時(shí)空分布和霧霾致癌成分及生消過程。
【專利說明】多波段拉曼-熒光激光雷達(dá)系統(tǒng)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種激光雷達(dá)系統(tǒng)，特別是涉及一種同時(shí)探測多波段多類型散射信號(hào) 的激光雷達(dá)系統(tǒng)。

【背景技術(shù)】
[0002] 激光雷達(dá)是一種獲得大氣垂直結(jié)構(gòu)非常重要的探測手段。其硬件系統(tǒng)主要由激光 發(fā)射系統(tǒng)、回波信號(hào)接收系統(tǒng)和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)三部分組成。從激光器發(fā)射出的準(zhǔn)直激光束 在大氣中傳輸時(shí)，與大氣顆粒發(fā)生相互作用，其中后向散射信號(hào)被回波信號(hào)接收系統(tǒng)接收， 進(jìn)而經(jīng)過分光后由數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)完成信號(hào)采集。根據(jù)激光束與不同大氣顆粒的作用機(jī)制， 以及激光雷達(dá)的探測內(nèi)容，可以實(shí)現(xiàn)擁有不同功能的激光雷達(dá)系統(tǒng)。
[0003] 生物氣溶膠作為大氣氣溶膠中有生命活性的一個(gè)重要部分，其所含的成分相當(dāng)復(fù) 雜，主要包括細(xì)菌、真菌、病毒等微生物粒子，和花粉、孢子、動(dòng)植物碎裂分解等具有生命活 性的微小粒子。成分復(fù)雜、致病性大、傳染性強(qiáng)、污染面積大。由于其具有生物性，一旦與人 體組織或器官接觸，便或多或少對(duì)人體健康造成影響。尤其是利用生物氣溶膠造成的心理 恐慌，特別用于國際戰(zhàn)爭或者恐怖組織中的生物武器。因此了解大氣中生物氣溶膠的時(shí)空 分布和成分，有利于對(duì)生物氣溶膠的不良影響采取相應(yīng)的防范措施。近年來生物氣溶膠作 為科研難點(diǎn)和熱點(diǎn)問題，其時(shí)空分布特征和復(fù)雜的成分已經(jīng)受到國內(nèi)外學(xué)者越來越多的關(guān) 注。目前生物氣溶膠的研究已經(jīng)發(fā)展至垂直結(jié)構(gòu)分布的研究水平。
[0004] 霧霾的存在，在影響大氣環(huán)境的同時(shí)還嚴(yán)重影響著人類的身體健康和生活品質(zhì)。 許多學(xué)者認(rèn)為在滿足一定條件的大氣水汽和大氣顆粒的情況下會(huì)產(chǎn)生霧霾，在一定條件下 又會(huì)消散。針對(duì)霧霾的生消過程，現(xiàn)階段還沒有很好的給出滿足水汽和大氣顆粒條件的閾 值，尤其是不同的地區(qū)，其閾值也會(huì)不同。且常規(guī)的激光雷達(dá)系統(tǒng)可以提供霧霾的時(shí)空分布 變化特征和光學(xué)特性，但對(duì)其生消過程和成分的探測研究有很大的局限性。研究霧霾的生 消過程，需要具備大氣中水汽的時(shí)空變化特征，而要研究其中的致癌成分，需要掌握不同熒 光質(zhì)的光譜變化信息。
[0005] 生物氣溶膠和霧霾的探測手段有多種，其中激光雷達(dá)系統(tǒng)是探測生物氣溶膠和霧 霾的垂直結(jié)構(gòu)分布及其物理光學(xué)特性的強(qiáng)有力裝置。但是現(xiàn)階段已有的激光雷達(dá)系統(tǒng)功能 單一，普遍采用532nm的米散射信號(hào)，而將355nm和532nm兩個(gè)波段結(jié)合的激光雷達(dá)系統(tǒng)的 相關(guān)報(bào)道和文獻(xiàn)稀少。且大部分的激光雷達(dá)系統(tǒng)只采用一種數(shù)據(jù)采集方式，即模擬信號(hào)或 者光子信號(hào)。雖然模擬信號(hào)能夠?qū)す饫走_(dá)觀測的近場信號(hào)有很好的線性關(guān)系，但是其對(duì) 遠(yuǎn)場的微弱信號(hào)探測能力有限。盡管光子信號(hào)對(duì)遠(yuǎn)場的微弱信號(hào)有很好的敏感度，然而面 對(duì)近場的強(qiáng)回波信號(hào)時(shí)容易飽和。單一的數(shù)據(jù)采集方式，局限了激光雷達(dá)接收回波信號(hào)的 動(dòng)態(tài)范圍。利用licel瞬態(tài)記錄儀同時(shí)以模擬和光子計(jì)數(shù)兩種方式記錄355nm、532nm垂直 和水平偏振米散射信號(hào)，607nm、660nm的氮?dú)夂退盘?hào)等，都鮮有相關(guān)報(bào)道和文獻(xiàn)。 將32通道波長的夜間大氣微弱熒光信號(hào)探測與355nm和532nm偏振米散射信號(hào)、607nm和 660nm波段的探測相結(jié)合用以生物氣溶膠和霧霾探測研究的激光雷達(dá)系統(tǒng)尚未見到相關(guān)報(bào) 道。
[0006] 長期以來，我國的激光雷達(dá)技術(shù)主要依賴于從國外進(jìn)口，其昂貴的費(fèi)用，后期維護(hù) 的不便以及面臨的核心技術(shù)封鎖使得我國在激光雷達(dá)研制和應(yīng)用領(lǐng)域受到了不同程度的 制約。因此，針對(duì)生物氣溶膠能夠誘發(fā)熒光信號(hào)的特性、霧霾生消過程及其致癌成分熒光特 性的研究熱點(diǎn)。研制能夠滿足生物氣溶膠濃度的時(shí)空分布和熒光特性，霧霾的時(shí)空分布、生 消過程及其致癌成分探測需求的激光雷達(dá)系統(tǒng)顯得迫在眉睫。將有力于提升我國在多波段 多功能激光雷達(dá)系統(tǒng)研制方面的水平，為研究生物氣溶膠和霧霾的物理光學(xué)特性、生物氣 溶膠與氣候的相互作用、霧霾的生消過程等提供強(qiáng)有力的觀測手段。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 本發(fā)明的目的在于提供一種多波段拉曼-熒光激光雷達(dá)系統(tǒng)，將32通道波長的夜 間大氣微弱突光信號(hào)探測與355nm和532nm偏振米散射信號(hào)、607nm和660nm波段的探測相 結(jié)合用以探測研究生物氣溶膠和霧霾，解決現(xiàn)階段已有的激光雷達(dá)系統(tǒng)功能單一的問題。 利用licel瞬態(tài)記錄儀同時(shí)以模擬和光子計(jì)數(shù)兩種方式記錄355nm、532nm垂直和水平偏振 米散射信號(hào)，及607nm、660nm的氮?dú)夂退盘?hào)，解決現(xiàn)階段已有的激光雷達(dá)系統(tǒng)數(shù) 據(jù)采集方式單一的問題。
[0008] 為解決上述問題，本發(fā)明提供的多波段拉曼-熒光激光雷達(dá)系統(tǒng)，包括激光發(fā)射 系統(tǒng)、回波信號(hào)接收系統(tǒng)和信號(hào)采集系統(tǒng)；激光發(fā)射系統(tǒng)同時(shí)發(fā)射不同頻率的激光束；激 光束經(jīng)物體散射后，由回波信號(hào)接收系統(tǒng)接收；回波信號(hào)接收系統(tǒng)將接收到的散射激光信 號(hào)進(jìn)行處理，得到垂直和水平米散射信號(hào)、拉曼散射信號(hào)和熒光信號(hào)；回波信號(hào)接收系統(tǒng)將 所得到的垂直和水平米散射信號(hào)、拉曼散射信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，并將該些電信號(hào)傳輸給信 號(hào)采集系統(tǒng)，且由信號(hào)采集系統(tǒng)同時(shí)以模擬和光子計(jì)數(shù)兩種方式記錄后，進(jìn)行存儲(chǔ)；回波信 號(hào)接收系統(tǒng)將熒光信號(hào)傳輸給信號(hào)采集系統(tǒng)；信號(hào)采集系統(tǒng)將接收到的熒光信號(hào)進(jìn)行色散 處理后，陣列測量不同波長的信號(hào)，由此完成熒光信號(hào)由光信號(hào)到電信號(hào)的轉(zhuǎn)變和記錄，并 進(jìn)行存儲(chǔ)。
[0009] 激光發(fā)射系統(tǒng)包括脈沖激光器、擴(kuò)束準(zhǔn)直器、第一帶寬反射鏡、第二帶寬反射鏡和 第三帶寬反射鏡；脈沖激光器，用于通過對(duì)基波進(jìn)行變頻后輸出不同波段的高能量脈沖激 光束；擴(kuò)束準(zhǔn)直器，用于將入射激光束的光斑擴(kuò)大，并進(jìn)一步減小激光束的發(fā)散角；第一帶 寬反射鏡、第二帶寬反射鏡和第三帶寬反射鏡，用于反射激光束，經(jīng)過3次反射后，最終將 激光束反射射出。
[0010]回波信號(hào)接收系統(tǒng)，包括望遠(yuǎn)鏡、全反射鏡、第一二色鏡、第二二色鏡、第三二色 鏡、第四二色鏡、第一窄帶濾光片、第二窄帶濾光片、第三窄帶濾光片、第四窄帶濾光片、第 一偏振分光晶體、第二偏振分光晶體、凸透鏡、光電倍增管、光纖；望遠(yuǎn)鏡，用于接收散射回 波信號(hào)；全反射鏡，用于將望遠(yuǎn)鏡接收到回波信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)樗椒较騻鬏敚坏谝欢R、第 二二色鏡、第三二色鏡，用于根據(jù)不同的波段范圍，反射一部分波段，透射另一部分波段；第 四二色鏡，對(duì)同一寬度的光譜信息，用于根據(jù)預(yù)定的能量比例進(jìn)行反射和透射；第一窄帶濾 光片、第二窄帶濾光片、第三窄帶濾光片、第四窄帶濾光片，均用于允許所需波段的光信號(hào) 通過，過濾掉不需要波段的光信號(hào)；第一偏振分光晶體、第二偏振分光晶體，用于對(duì)回波光 信號(hào)相應(yīng)波段的偏振光信號(hào)進(jìn)行檢偏振處理，將總回波信號(hào)分為水平偏振和垂直偏振兩個(gè) 組分；第二凸透鏡，用于將經(jīng)第一窄帶濾光片、第二窄帶濾光片、第三窄帶濾光片和第四窄 帶濾光片過濾后的光信號(hào)進(jìn)行聚焦；光電倍增管，放置在第二凸透鏡的焦點(diǎn)處，接收回波光 信號(hào)，并將光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)；光纖，與精細(xì)光纖調(diào)整架配合，用于傳輸熒光信號(hào)。
[0011] 信號(hào)采集系統(tǒng)，包括32通道光柵光譜儀、Licel瞬態(tài)記錄儀，計(jì)算機(jī)；32通道光柵 光譜儀，用于將經(jīng)光纖傳入的微弱熒光信號(hào)進(jìn)行色散處理，然后由探測器陣列測量不同波 長的信號(hào)強(qiáng)度，完成微弱熒光信號(hào)由光信號(hào)到電信號(hào)的轉(zhuǎn)變；Licel瞬態(tài)記錄儀，用于同時(shí) 以模擬和光子計(jì)數(shù)的方式記錄大氣回波信號(hào)，實(shí)現(xiàn)近場強(qiáng)信號(hào)的模擬探測和遠(yuǎn)場弱信號(hào)的 光子探測的有效融合，擴(kuò)展了激光雷達(dá)系統(tǒng)對(duì)微弱信號(hào)的提取和大動(dòng)態(tài)范圍信號(hào)的探測； 計(jì)算機(jī)，用于存儲(chǔ)信號(hào)數(shù)據(jù)；32通道光柵光譜儀和Licel瞬態(tài)記錄儀由光電探測器提供觸 發(fā)源。
[0012] 回波信號(hào)接收系統(tǒng)2中，第三帶寬反射鏡、望遠(yuǎn)鏡、小孔光闌、第一凸透鏡和全反 射鏡同軸線依次設(shè)置；全反射鏡反射面上入射光線的入射角為45°角；在全反射鏡的反射 光線方向上，由近至遠(yuǎn)，同軸線依次設(shè)置第一二色鏡、第三二色鏡、第四二色鏡、第四窄帶濾 光片、第二凸透鏡、光電倍增管；第一二色鏡、第三二色鏡和第四二色鏡的反射面上入射光 線的入射角均為45°角，第一二色鏡透射面和第三二色鏡反射面相向，第三二色鏡透射面 和第四二色鏡反射面相向；在第一二色鏡的反射光線方向上由近至遠(yuǎn)，同軸線依次設(shè)置第 二二色鏡、精細(xì)光纖調(diào)整架；第二二色鏡反射面上入射光線的入射角為45°角，且第一二 色鏡反射面與第二二色鏡反射面相向；在第二二色鏡的反射光線方向上由近至遠(yuǎn)，同軸線 依次設(shè)置第一偏振分光晶體、第一窄帶濾光片、第二凸透鏡、光電倍增管；在第一偏振分光 晶體分出的垂直偏振光的方向上由近至遠(yuǎn)，同軸線依次設(shè)置第一窄帶濾光片、第二凸透鏡、 光電倍增管；在第三二色鏡的反射光方向上，由近至遠(yuǎn)，同軸線依次設(shè)置第二偏振分光晶 體、第二窄帶濾光片、第二凸透鏡、光電倍增管；在第二偏振分光晶體分出的垂直偏振光的 方向上由近至遠(yuǎn)，同軸線依次設(shè)置第二窄帶濾光片、第二凸透鏡、光電倍增管；在第四二色 鏡反射光的方向上，由近至遠(yuǎn)，同軸線依次設(shè)置第三窄帶濾光片、第二凸透鏡、光電倍增管。
[0013] 32通道光柵光譜儀和Licel瞬態(tài)記錄儀均經(jīng)路由器與計(jì)算機(jī)相連；32通道光柵光 譜儀，外接光纖，經(jīng)光纖接收熒光信號(hào)；Licel瞬態(tài)記錄儀與全部光電倍增管用導(dǎo)線連接； 32通道光柵光譜儀和Licel瞬態(tài)記錄儀分別經(jīng)導(dǎo)線與放置在脈沖激光器前方的光電探測 器連接，且由光電探測器對(duì)脈沖激光進(jìn)行感應(yīng)后為32通道光柵光譜儀和Licel瞬態(tài)記錄儀 提供觸發(fā)源。
[0014] 激光發(fā)射系統(tǒng)1各設(shè)備均在同一平面上；脈沖激光器、擴(kuò)束準(zhǔn)直器、第一帶寬反射 鏡同軸線依次設(shè)置；擴(kuò)束準(zhǔn)直器的光線出射口與第一帶寬反射鏡的反射面相向，第一帶寬 反射鏡的反射面上入射光線的入射角為45°角；在第一帶寬反射鏡反射光線的方向上設(shè) 置第二帶寬反射鏡，第二帶寬反射鏡反射面上入射光線的入射角為45°角，且第二帶寬反 射鏡反射面與第一帶寬反射鏡反射面相向；在第二帶寬反射鏡反射光的方向上設(shè)置第三帶 寬反射鏡，第三帶寬反射鏡反射面上入射光線的入射角為45°角，且第三帶寬反射鏡反射 面與第二帶寬反射鏡反射面相向。
[0015] 回波信號(hào)接收系統(tǒng)中，望遠(yuǎn)鏡，優(yōu)選Celestron 11型施密特-卡塞格林望遠(yuǎn)鏡系 統(tǒng)，有效口徑為380mm;與望遠(yuǎn)鏡配合使用的小孔光闌選用4mm小孔光闌；第一窄帶濾光 片、第二窄帶濾光片、第三窄帶濾光片、第四窄帶濾光片，分別采用355nm、532nm、607nm和 660nm四種窄帶濾光片；光電倍增管，優(yōu)選Hamamastsu生產(chǎn)的H10720-110和H10720-220型 端窗式的光電倍增管，根據(jù)具體所接收光譜的響應(yīng)程度選用相應(yīng)的型號(hào)；光纖，采用小口徑 光纖。32通道光柵光譜儀，優(yōu)選Licel公司生產(chǎn)的Multispectral Lidar Detector(32通 道光柵光譜儀）；Licel瞬態(tài)記錄儀，優(yōu)選德國Licel公司生產(chǎn)的TR40-160型模電/光子計(jì) 數(shù)器，其特性為在高重復(fù)頻率情況下，高時(shí)間分辨率和動(dòng)態(tài)范圍能夠達(dá)到最佳狀態(tài)。
[0016] 脈沖激光器，優(yōu)選Continuun Surelite I型Nd:YAG激光器，用于通過對(duì)1064nm 的基波進(jìn)行二倍頻和三倍頻后輸出355nm、532nm和1064nm三個(gè)波段的高能量脈沖激光束， 脈沖重復(fù)頻率為20Hz ;擴(kuò)束準(zhǔn)直器，優(yōu)選BXUV-10. 0-5X-355-532型伽利略式擴(kuò)束準(zhǔn)直器。
[0017] 采用本發(fā)明多波段拉曼-熒光激光雷達(dá)系統(tǒng)后，由于本發(fā)明多波段拉曼-熒光激 光雷達(dá)系統(tǒng)的發(fā)射系統(tǒng)采用二倍頻晶體和三倍頻晶體對(duì)基波進(jìn)行變頻，因此經(jīng)變頻后，能 同時(shí)發(fā)射532nm、355nm和1064nm三個(gè)波段的高能量脈沖激光束；回波信號(hào)接收系統(tǒng)中，采 用的偏振分光晶體將回波信號(hào)分為水平方向和垂直方向，并經(jīng)355nm窄波濾光片的過濾， 采集到355nm水平方向和垂直方向上的偏振米散射信號(hào)；采用的偏振分光晶體2將回波信 號(hào)分為水平方向和垂直方向，并經(jīng)532nm窄波濾光片的過濾，采集到532nm水平方向和垂直 方向上的偏振米散射信號(hào)；355nm和532nm兩個(gè)米散射偏振通道能夠提供大氣顆粒的退偏 振比（垂直偏振信號(hào)與水平偏振信號(hào)的比值）和色比（532nm總回波信號(hào)與355nm總回波 信號(hào)的比值）以及其他的物理光學(xué)特性；采用607nm和660nm窄波濾光片，分別對(duì)回波信號(hào) 進(jìn)行過濾，同時(shí)提取607nm、660nm的氮?dú)夂退⑸湫盘?hào)；660nm波段（即水汽拉曼通 道）的觀測數(shù)據(jù)可以反演得到大氣中水汽的垂直分布情況；采用32通道光柵光譜儀經(jīng)光纖 獲取回波信號(hào)，可探測到32通道波長的夜間大氣微弱熒光信號(hào)；采用的licel瞬態(tài)記錄儀 可同時(shí)以模擬和光子計(jì)數(shù)兩種方式記錄355nm、532nm垂直和水平偏振米散射信號(hào)，607nm、 660nm的氮?dú)夂退盘?hào)；綜上，本發(fā)明多波段拉曼-熒光激光雷達(dá)系統(tǒng)將32通道波 長的夜間大氣微弱突光信號(hào)探測與355nm、532nm偏振米散射信號(hào)、607nm、660nm波段的探 測相結(jié)合，從而將米散射偏振功能，拉曼散射功能和微弱熒光信號(hào)功能結(jié)合，對(duì)生物氣溶膠 時(shí)空分布特征和復(fù)雜成分進(jìn)行探測研究，對(duì)大氣中水汽的時(shí)空變化特征和霧霾的生消過程 進(jìn)行探測研究，對(duì)霧霾中不同熒光質(zhì)的光譜變化信息和致癌成分進(jìn)行探測研究。
[0018] 下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的多波段拉曼-熒光激光雷達(dá)系統(tǒng)作進(jìn)一步說明。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0019] 圖1為多波段拉曼-熒光激光雷達(dá)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。

【具體實(shí)施方式】
[0020] 如圖1所示，本發(fā)明提供的一種多波段拉曼-熒光激光雷達(dá)系統(tǒng)，包括激光發(fā)射 系統(tǒng)1、回波信號(hào)接收系統(tǒng)2和信號(hào)采集系統(tǒng)3 ;激光發(fā)射系統(tǒng)1同時(shí)發(fā)射355nm、532nm和 1064nm波長的激光束；激光束與大氣顆粒物相互作用，經(jīng)散射后，由回波信號(hào)接收系統(tǒng)2接 收；回波信號(hào)接收系統(tǒng)2對(duì)接收到的散射激光信號(hào)進(jìn)行分光、濾光等處理，得到355nm和 532nm波長的垂直米散射信號(hào)和水平米散射信號(hào)、607nm和660nm波長的拉曼散射信號(hào)和 32通道波長的夜間大氣微弱熒光信號(hào)；回波信號(hào)接收系統(tǒng)2將所得到的355nm和532nm的 垂直和水平米散射信號(hào)、607nm和660nm的拉曼散射信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，并將該些電信號(hào)傳 輸給信號(hào)采集系統(tǒng)3,且由信號(hào)采集系統(tǒng)3同時(shí)以模擬和光子計(jì)數(shù)兩種方式記錄后，進(jìn)行存 儲(chǔ)；回波信號(hào)接收系統(tǒng)2將熒光信號(hào)傳輸給信號(hào)采集系統(tǒng)3 ;信號(hào)采集系統(tǒng)3將接收到的熒 光信號(hào)進(jìn)行色散處理后、陣列測量不同波長的信號(hào)，由此完成熒光信號(hào)由光信號(hào)到電信號(hào) 的轉(zhuǎn)變和記錄，并進(jìn)行存儲(chǔ)。
[0021] 激光發(fā)射系統(tǒng)1，包括脈沖激光器11、擴(kuò)束準(zhǔn)直器12、第一帶寬反射鏡13a、第二帶 寬反射鏡13b和第三帶寬反射鏡13c ;脈沖激光器11內(nèi)安裝二倍頻晶體111和三倍頻晶體 112 ；
[0022] 激光發(fā)射系統(tǒng)1中部分設(shè)備的優(yōu)選型號(hào)及作用如下：
[0023] 脈沖激光器11 :采用Continuun Surelite I型Nd:YAG激光器。主要作用是通過 對(duì)1064nm的基波進(jìn)行二倍頻和三倍頻后輸出532nm、355nm和1064nm三個(gè)波段的高能量脈 沖激光束，脈沖重復(fù)頻率為20Hz ;
[0024] 擴(kuò)束準(zhǔn)直器12:采用BXUV-10.0-5X-355-532型伽利略式擴(kuò)束準(zhǔn)直器。主要作用 是可以將入射激光束的光斑擴(kuò)大5倍，并進(jìn)一步減小激光束的發(fā)散角；
[0025] 第一帶寬反射鏡13a、第二帶寬反射鏡13b、第三帶寬反射鏡13c :主要作用為反射 由擴(kuò)束準(zhǔn)直器12出射的激光束，經(jīng)過3次反射后，最終將激光束反射至大氣中。
[0026] 激光發(fā)射系統(tǒng)1各設(shè)備之間的相對(duì)位置關(guān)系如下：
[0027] 激光發(fā)射系統(tǒng)1各設(shè)備均在同一平面上；脈沖激光器11、擴(kuò)束準(zhǔn)直器12、第一帶寬 反射鏡13a同軸線依次設(shè)置；擴(kuò)束準(zhǔn)直器12的光線出射口與第一帶寬反射鏡13a的反射面 相向，第一帶寬反射鏡13a的反射面上入射光線的入射角為45°角；在第一帶寬反射鏡13a 反射光線的方向上設(shè)置第二帶寬反射鏡13b，第二帶寬反射鏡13b反射面上入射光線的入 射角為45°角，且第二帶寬反射鏡13b反射面與第一帶寬反射鏡13a反射面相向；在第二 帶寬反射鏡13b反射光的方向上設(shè)置第三帶寬反射鏡13c，第三帶寬反射鏡13c反射面上入 射光線的入射角為45°角，且第三帶寬反射鏡13c反射面與第二帶寬反射鏡13b反射面相 向。
[0028] 回波信號(hào)接收系統(tǒng)2,包括望遠(yuǎn)鏡21、全反射鏡22、第一二色鏡23a、第二二色鏡 23b、第三二色鏡23c、第四二色鏡24、第一窄帶濾光片25a、第二窄帶濾光片25b、第三窄帶 濾光片25c、第四窄帶濾光片25d、第一偏振分光晶體26a、第二偏振分光晶體26b、第二凸透 鏡27、光電倍增管28、光纖29 ;望遠(yuǎn)鏡21包括小孔光闌211和第一凸透鏡212,可根據(jù)具體 需要選擇不同型號(hào)的小孔光闌和第一凸透鏡；
[0029] 回波信號(hào)接收系統(tǒng)2中部分設(shè)備的優(yōu)選型號(hào)及作用如下：
[0030] 望遠(yuǎn)鏡21 :采用Celestron 11型施密特-卡塞格林望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)。有效口徑為 380mm，主要作用是接收大氣中的后向散射回波信號(hào)；
[0031] 小孔光闌211 :選用4mm小孔光闌；
[0032] 第一凸透鏡212 :其作用是將望遠(yuǎn)鏡21觀測到的光轉(zhuǎn)為平行光，焦距約為3cm ;
[0033] 全反射鏡22 :位于望遠(yuǎn)鏡21的底端，主要作用是將望遠(yuǎn)鏡21接收到的垂直方向 傳輸?shù)幕夭ㄐ盘?hào)轉(zhuǎn)變?yōu)樗椒较騻鬏敚?br> [0034] 第一二色鏡23a、第二二色鏡23b、第三二色鏡23c :按照不同的波段范圍，反射一 部分波段的光信號(hào)，透射另一部分波段的光信號(hào)；
[0035] 第四二色鏡24 :對(duì)同一寬度的光譜信息，按照一定的能量比例進(jìn)行反射和透射；
[0036] 第一窄帶濾光片25a、第二窄帶濾光片25b、第三窄帶濾光片25c、第四窄帶濾光片 25d :分別采用355nm、532nm、607nm和660nm四種窄帶濾光片。主要作用是分別允許上述四 個(gè)波段的光信號(hào)通過，過濾其他波段的光信號(hào)；
[0037] 第一偏振分光晶體26a、第二偏振分光晶體26b :主要作用是對(duì)回波光信號(hào)相應(yīng)波 段的偏振光信號(hào)進(jìn)行檢偏振處理，將總回波信號(hào)分為水平偏振和垂直偏振兩個(gè)組分；
[0038] 第二凸透鏡27 :采用小焦距的凸透鏡，焦距約為3cm，主要作用是將窄帶濾光片過 濾后的光信號(hào)進(jìn)行聚焦，以便透鏡后方的光電探測器更有效的接收回波信號(hào)；
[0039] 光電倍增管28 :采用Hamamastsu生產(chǎn)的H10720-110和H10720-220型端窗式的 光電倍增管，根據(jù)具體所接收光譜的響應(yīng)程度選用相應(yīng)的型號(hào)。主要作用是放置在凸透鏡 的焦點(diǎn)處，接收回波光信號(hào)，并將光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)；
[0040] 光纖29 :采用小口徑光纖，主要作用是傳輸微弱熒光信號(hào)。
[0041] 回波信號(hào)接收系統(tǒng)2各設(shè)備之間的相對(duì)位置關(guān)系如下：
[0042] 回波信號(hào)接收系統(tǒng)2中，第三帶寬反射鏡13c、望遠(yuǎn)鏡21、小孔光闌211、第一凸透 鏡212和全反射鏡22同軸線依次設(shè)置；全反射鏡22反射面上入射光線的入射角為45°角； 在全反射鏡22的反射光線方向上，由近至遠(yuǎn)，同軸線依次設(shè)置第一二色鏡23a、第三二色鏡 23c、第四二色鏡24、第四窄帶濾光片25d、第二凸透鏡27、光電倍增管28 ;第一二色鏡23a、 第三二色鏡23c和第四二色鏡24的反射面上入射光線的入射角均為45°角，第一二色鏡 23a透射面和第三二色鏡23c反射面相向，第三二色鏡23c透射面和第四二色鏡24反射面 相向；在第一二色鏡23a的反射光線方向上由近至遠(yuǎn)，同軸線依次設(shè)置第二二色鏡23b、精 細(xì)光纖調(diào)整架291 ;第二二色鏡23b反射面上入射光線的入射角為45°角，且第一二色鏡 23a反射面與第二二色鏡23b反射面相向；在第二二色鏡23b的反射光線方向上由近至遠(yuǎn)， 同軸線依次設(shè)置第一偏振分光晶體26a、第一窄帶濾光片25a、第二凸透鏡27、光電倍增管 28 ;在第一偏振分光晶體26a分出的垂直偏振光的方向上由近至遠(yuǎn)，同軸線依次設(shè)置第一 窄帶濾光片25a、第二凸透鏡27、光電倍增管28 ;在第三二色鏡23c的反射光方向上，由近 至遠(yuǎn)，同軸線依次設(shè)置第二偏振分光晶體26b、第二窄帶濾光片25b、第二凸透鏡27、光電倍 增管28 ;在第二偏振分光晶體26b分出的垂直偏振光的方向上由近至遠(yuǎn)，同軸線依次設(shè)置 第二窄帶濾光片25b、第二凸透鏡27、光電倍增管28 ;在第四二色鏡24反射光的方向上，由 近至遠(yuǎn)，同軸線依次設(shè)置第三窄帶濾光片25c、第二凸透鏡27、光電倍增管28。
[0043] 信號(hào)采集系統(tǒng)3,包括32通道光柵光譜儀31、Licel瞬態(tài)記錄儀32和計(jì)算機(jī)33 ;
[0044] 信號(hào)采集系統(tǒng)3中部分設(shè)備的優(yōu)選型號(hào)及作用如下：
[0045] 32通道光柵光譜儀31 :采用由Licel公司生產(chǎn)的Multispectral Lidar Detector (32通道光柵光譜儀）。其作用是光纖將微弱熒光信號(hào)傳輸至該設(shè)備后，對(duì)光進(jìn)行 色散處理，然后由探測器陣列測量不同波長的信號(hào)強(qiáng)度，由此完成微弱熒光信號(hào)由光信號(hào) 到電信號(hào)的轉(zhuǎn)變；
[0046] Licel瞬態(tài)記錄儀32 :采用由德國Licel公司生產(chǎn)的TR40-160型模電/光子計(jì)數(shù) 器，是一種專為激光雷達(dá)設(shè)計(jì)的探測計(jì)數(shù)器。其主要作用是在高重復(fù)頻率情況下，高時(shí)間分 辨率和動(dòng)態(tài)范圍能夠達(dá)到最佳狀態(tài)。能夠同時(shí)用模擬探測和光子計(jì)數(shù)的方式記錄大氣回波 信號(hào)，實(shí)現(xiàn)近場強(qiáng)信號(hào)的模擬探測和遠(yuǎn)場弱信號(hào)的光子探測的有效融合，極大的擴(kuò)展了激 光雷達(dá)系統(tǒng)對(duì)微弱信號(hào)的提取和大動(dòng)態(tài)范圍信號(hào)的探測。
[0047] 信號(hào)采集系統(tǒng)3各設(shè)備之間的相對(duì)位置關(guān)系如下：
[0048] 32通道光柵光譜儀31和Licel瞬態(tài)記錄儀32均經(jīng)路由器34與計(jì)算機(jī)33相連； 32通道光柵光譜儀31，外接光纖29,經(jīng)光纖29接收熒光信號(hào)；Licel瞬態(tài)記錄儀32與全部 光電倍增管28用導(dǎo)線2a3連接；32通道光柵光譜儀31和Licel瞬態(tài)記錄儀32分別經(jīng)導(dǎo) 線2a3與放置在脈沖激光器11前方的光電探測器35連接，且由光電探測器35對(duì)脈沖激光 進(jìn)行感應(yīng)后為32通道光柵光譜儀31和Licel瞬態(tài)記錄儀32提供觸發(fā)源。
[0049] 本發(fā)明多波段拉曼-熒光激光雷達(dá)系統(tǒng)工作過程如下：
[0050] 由脈沖激光器11發(fā)射出1064nm、532nm和355nm的激光束；激光束經(jīng)過擴(kuò)束準(zhǔn)直 器12后完成激光光斑的放大和光束的準(zhǔn)直；由第一帶寬反射鏡13a、第二帶寬反射鏡13b 和第三帶寬反射鏡13c依次對(duì)激光束進(jìn)行反射，最終將激光束從望遠(yuǎn)鏡21的正上方發(fā)射至 大氣。
[0051] 激光束在大氣里傳輸?shù)倪^程中，與大氣粒子相互作用，其中后向散射的回波信號(hào) 被大口徑望遠(yuǎn)鏡21接收；匯聚后的光信號(hào)先經(jīng)過小孔光闌211 ;然后被第一凸透鏡212轉(zhuǎn) 為平行光；平行回波信號(hào)通過全反射鏡22由垂直方向傳輸改變?yōu)樗椒较騻鬏數(shù)乃交?波光信號(hào)；接著，對(duì)水平的回波光信號(hào)進(jìn)行分光。水平的回波光信號(hào)首先被第一二色鏡23a 進(jìn)行分光，大于520nm的波段被透射，小于520nm的波段被反射；第一二色鏡23a反射部分 的光信號(hào)經(jīng)過第二二色鏡23b時(shí)，將大于365nm的信號(hào)透射，小于365nm的信號(hào)進(jìn)行反射； 第二二色鏡23b反射的信號(hào)再經(jīng)過第一偏振分光晶體26a后，被分為355nm波段水平和垂 直兩個(gè)偏振方向信號(hào)，該水平和垂直兩個(gè)偏振方向的信號(hào)分別通過第一窄帶濾光片25a后 由第二凸透鏡27聚焦至光電倍增管28處；第二二色鏡23b透射的信號(hào)經(jīng)過第二凸透鏡27 聚焦后，將精細(xì)光纖調(diào)整架291上的小孔對(duì)準(zhǔn)聚焦后的焦點(diǎn)處，讓光信號(hào)進(jìn)入光纖29,經(jīng)光 纖29導(dǎo)光后將微弱的大氣熒光信號(hào)傳輸至32通道光柵光譜儀31中進(jìn)行分光探測；第一二 色鏡23a透射的光信號(hào)繼續(xù)傳輸至第三二色鏡23c處進(jìn)行分光，大于532nm的波段被透射， 反射包括532nm在內(nèi)的波段；第三二色鏡23c反射部分的信號(hào)經(jīng)第二偏振分光晶體26b后 被分為水平和垂直方向的偏振組分，然后經(jīng)過第二窄帶濾光片25b后由第二凸透鏡27聚焦 至光電倍增管28 ;第三二色鏡23c透射部分的光信號(hào)，經(jīng)第四二色鏡24后，按照1:1的能量 比例進(jìn)行透射和反射。透射部分經(jīng)第四窄帶濾光片25d后由第二凸透鏡27聚焦至光電倍增 管28 ;反射部分經(jīng)第三窄帶濾光片25c后由第二凸透鏡27聚焦至光電倍增管28 ;經(jīng)分光， 完成了 355nm波段垂直和水平偏振信號(hào)，532nm波段垂直和水平偏振信號(hào)，607nm和660nm 的拉曼散射信號(hào)以及32通道大氣微弱熒光信號(hào)的分光探測。
[0052] 經(jīng)光電倍增管28將光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)后，355nm波段垂直和水平米散射信號(hào)， 532nm波段垂直和水平米散射信號(hào)，607nm和660nm拉曼散射信號(hào)的數(shù)據(jù)由Licel瞬態(tài)記錄 儀32按照預(yù)先設(shè)定好的對(duì)應(yīng)通道以及空間和時(shí)間分辨率進(jìn)行采樣；微弱大氣熒光信號(hào)經(jīng) 由32通道光柵光譜儀31按照實(shí)驗(yàn)設(shè)定的時(shí)間分辨率進(jìn)行采樣；最終通過路由器34將32 通道光柵光譜儀31和Licel瞬態(tài)記錄儀32的信號(hào)同時(shí)傳輸至計(jì)算機(jī)33,由計(jì)算機(jī)完成所 有采集數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)。其中，Licel瞬態(tài)記錄儀32和32通道光柵光譜儀31在采集數(shù)據(jù)時(shí)觸 發(fā)源，由放置在脈沖激光器前方的光電探測器35對(duì)脈沖激光進(jìn)行感應(yīng)后來提供。
[0053] 使用本發(fā)明多波段拉曼-熒光激光雷達(dá)系統(tǒng)時(shí)，操作的步驟如下：
[0054] (1)對(duì)整個(gè)激光雷達(dá)系統(tǒng)暴露在外的光學(xué)鏡片進(jìn)行除塵；
[0055] (2)檢查各個(gè)電源線連接處的電壓是否符合儀器各部件的工作電壓；
[0056] (3)接通電源后，儀器預(yù)熱20-30分鐘，期間檢查激光雷達(dá)系統(tǒng)是否處于正常狀 態(tài)；
[0057] (4)打開穩(wěn)壓電源開關(guān)，Licel瞬態(tài)記錄儀32開關(guān)，計(jì)算機(jī)開關(guān)，使外圍設(shè)備預(yù)熱 并處于穩(wěn)定工作的狀態(tài)；
[0058] (5)參考說明書，檢查脈沖激光器11電源附帶的顯示屏處顯示的各個(gè)參數(shù)是否正 常，并按照步驟操作脈沖激光器發(fā)射激光；
[0059] (6)打開計(jì)算機(jī)33上的數(shù)據(jù)采集軟件，設(shè)置相應(yīng)參數(shù)，并開始采集數(shù)據(jù)。
[0060] 本發(fā)明多波段拉曼-熒光激光雷達(dá)的主要系統(tǒng)參數(shù)如下：
[0061] 探測波段：355nm，532nm，607nm，660nm以及32通道光波長；
[0062] 數(shù)據(jù)采集：同時(shí)采集模擬和光子兩種信號(hào)；
[0063] 垂直分辨率：3. 75米；
[0064] 時(shí)間分辨率：2分鐘。
[0065] 以上所述的實(shí)施例僅僅是對(duì)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式進(jìn)行描述，并非對(duì)本發(fā)明的范 圍進(jìn)行限定，在不脫離本發(fā)明設(shè)計(jì)精神的前提下，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方 案作出的各種變形和改進(jìn)，均應(yīng)落入本發(fā)明權(quán)利要求書確定的保護(hù)范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1. 多波段拉曼-熒光激光雷達(dá)系統(tǒng)，其特征在于：包括激光發(fā)射系統(tǒng)（1)、回波信號(hào)接 收系統(tǒng)（2)和信號(hào)采集系統(tǒng)（3);激光發(fā)射系統(tǒng)（1)同時(shí)發(fā)射不同頻率的激光束；激光束經(jīng) 物體散射后，由回波信號(hào)接收系統(tǒng)（2)接收；所述回波信號(hào)接收系統(tǒng)（2)對(duì)接收到的散射激 光信號(hào)進(jìn)行處理，得到垂直和水平的米散射信號(hào)、拉曼散射信號(hào)和熒光信號(hào)；回波信號(hào)接收 系統(tǒng)（2)將所得到的垂直和水平米散射信號(hào)、拉曼散射信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，并傳輸給信號(hào) 采集系統(tǒng)（3)，且由信號(hào)采集系統(tǒng)（3)同時(shí)以模擬和光子計(jì)數(shù)兩種方式記錄后，進(jìn)行存儲(chǔ)； 回波信號(hào)接收系統(tǒng)（2)將熒光信號(hào)傳輸給信號(hào)采集系統(tǒng)（3);信號(hào)采集系統(tǒng)（3)將接收到 的熒光信號(hào)進(jìn)行色散處理后、陣列測量不同波長的信號(hào)，由此完成熒光信號(hào)由光信號(hào)到電 信號(hào)的轉(zhuǎn)變和記錄，并進(jìn)行存儲(chǔ)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的多波段拉曼-熒光激光雷達(dá)系統(tǒng)，其特征在于，所述激光發(fā)射 系統(tǒng)（1)包括脈沖激光器（11)、擴(kuò)束準(zhǔn)直器（12)、第一帶寬反射鏡（13a)、第二帶寬反射鏡 (13b)和第三帶寬反射鏡（13c);所述脈沖激光器（11)，用于通過對(duì)基波進(jìn)行變頻后輸出不 同波段的高能量脈沖激光束；所述擴(kuò)束準(zhǔn)直器（12)，用于將入射激光束的光斑擴(kuò)大，并進(jìn) 一步減小激光束的發(fā)散角；所述第一帶寬反射鏡（13a)、第二帶寬反射鏡（13b)和第三帶寬 反射鏡（13c)，用于反射激光束，經(jīng)過3次反射后，最終將激光束反射射出。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的多波段拉曼-熒光激光雷達(dá)系統(tǒng)，其特征在于，所述回波信 號(hào)接收系統(tǒng)（1)，包括望遠(yuǎn)鏡（21)、全反射鏡（22)、第一二色鏡（23a)、第二二色鏡（23b)、 第三二色鏡（23c)、第四二色鏡（24)、第一窄帶濾光片（25a)、第二窄帶濾光片（25b)、第三 窄帶濾光片（25c)、第四窄帶濾光片（25d)、第一偏振分光晶體（26a)、第二偏振分光晶體 (26b)、第二凸透鏡（27)、光電倍增管（28)、光纖（29);所述望遠(yuǎn)鏡（21)，用與接收散射回波 信號(hào)；所述全反射鏡（22)，用于將望遠(yuǎn)鏡（21)接收到回波信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)樗椒较騻鬏敚凰?第一二色鏡（23a)、第二二色鏡（23b)、第三二色鏡（23c)，用于根據(jù)不同的波段范圍，反射 一部分波段，透射另一部分波段；所述第四二色鏡4(24)，對(duì)同一寬度的光譜信息，用于根 據(jù)預(yù)定的能量比例進(jìn)行反射和透射；所述第一窄帶濾光片（25a)、第二窄帶濾光片（25b)、 第三窄帶濾光片（25c)、第四窄帶濾光片（25d)，均用于允許所需波段的光信號(hào)通過，過濾 掉不需要波段的光信號(hào)；所述第一偏振分光晶體（26a)、第二偏振分光晶體（26b)，用于對(duì) 回波光信號(hào)相應(yīng)波段的偏振光信號(hào)進(jìn)行檢偏振處理，將總回波信號(hào)分為水平偏振和垂直 偏振兩個(gè)組分；所述第二凸透鏡（27)，用于將經(jīng)第一窄帶濾光片（25a)、第二窄帶濾光片 (25b)、第三窄帶濾光片（25c)和第四窄帶濾光片（25d)過濾后的光信號(hào)進(jìn)行聚焦；所述光 電倍增管（28)，放置在凸透鏡（27)的焦點(diǎn)處，接收回波光信號(hào)，并將光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)； 所述光纖（29)，與精細(xì)光纖調(diào)整架（291)配合，用于傳輸熒光信號(hào)。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的多波段拉曼-熒光激光雷達(dá)系統(tǒng)，其特征在于，所述信號(hào)采集 系統(tǒng)（3)，包括32通道光柵光譜儀（31)、Licel瞬態(tài)記錄儀（32)，計(jì)算機(jī)（33);所述32通 道光柵光譜儀（31)，用于將經(jīng)光纖（29)傳入的微弱熒光信號(hào)進(jìn)行色散處理，然后由探測器 陣列測量不同波長的信號(hào)強(qiáng)度，完成微弱熒光信號(hào)由光信號(hào)到電信號(hào)的轉(zhuǎn)變；所述Licel 瞬態(tài)記錄儀（32)，用于同時(shí)以模擬和光子計(jì)數(shù)的方式記錄大氣回波信號(hào)，實(shí)現(xiàn)近場強(qiáng)信號(hào) 的模擬探測和遠(yuǎn)場弱信號(hào)的光子探測的有效融合，擴(kuò)展了激光雷達(dá)系統(tǒng)對(duì)微弱信號(hào)的提取 和大動(dòng)態(tài)范圍信號(hào)的探測；所述計(jì)算機(jī)（33)用于存儲(chǔ)信號(hào)數(shù)據(jù)；所述32通道光柵光譜儀 (31)和Licel瞬態(tài)記錄儀（32)由光電探測器（35)提供觸發(fā)源。
5. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的多波段拉曼-熒光激光雷達(dá)系統(tǒng)，其特征在于，所述第三帶 寬反射鏡（13c)、望遠(yuǎn)鏡（21)、小孔光闌（211)、第一凸透鏡（212)和全反射鏡（22)同軸 線依次設(shè)置；全反射鏡（22)反射面上入射光線的入射角為45°角；在全反射鏡（22)的反 射光線方向上，由近至遠(yuǎn)，同軸線依次設(shè)置第一二色鏡（23a)、第三二色鏡（23c)、第四二色 鏡（24)、第四窄帶濾光片（25d)、第二凸透鏡（27)、光電倍增管（28);第一二色鏡（23a)、第 三二色鏡（23c)和第四二色鏡（24)的反射面上入射光線的入射角均為45°角，且第一二 色鏡（23a)透射面和第三二色鏡（23c)反射面相向，第三二色鏡（23c)透射面和第四二色 鏡（24)反射面相向；在第一二色鏡（23a)的反射光線方向上，由近至遠(yuǎn)，同軸線依次設(shè)置第 二二色鏡（23b)、精細(xì)光纖調(diào)整架（291);第二二色鏡（23b)反射面上入射光線的入射角為 45°角，且第一二色鏡（23a)反射面與第二二色鏡（23b)反射面相向；在第二二色鏡（23b) 的反射光線方向上，由近至遠(yuǎn)，同軸線依次設(shè)置第一偏振分光晶體（26a)、第一窄帶濾光片 (25a)、第二凸透鏡（27)、光電倍增管（28);在第一偏振分光晶體（26a)分出的垂直偏振光 的方向上，由近至遠(yuǎn)，同軸線依次設(shè)置第一窄帶濾光片（25a)、第二凸透鏡（27)、光電倍增 管（28);在第三二色鏡（23c)的反射光方向上，由近至遠(yuǎn)，同軸線依次設(shè)置第二偏振分光晶 體（26b)、第二窄帶濾光片（25b)、第二凸透鏡（27)、光電倍增管（28);在第二偏振分光晶 體（26b)分出的垂直偏振光的方向上，由近至遠(yuǎn)，同軸線依次設(shè)置第二窄帶濾光片（25b)、 第二凸透鏡（27)、光電倍增管（28);在第四二色鏡（24)反射光的方向上，由近至遠(yuǎn)，同軸線 依次設(shè)置第三窄帶濾光片（25c)、第二凸透鏡（27)、光電倍增管（28)。
6. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的多波段拉曼-熒光激光雷達(dá)系統(tǒng)，其特征在于，所述32通道 光柵光譜儀（31)和Licel瞬態(tài)記錄儀（32)均經(jīng)路由器（34)與計(jì)算機(jī)（33)相連；所述32 通道光柵光譜儀（31)，外接光纖（29)，經(jīng)光纖（29)接收熒光信號(hào)；所述Licel瞬態(tài)記錄儀 (32)與全部光電倍增管（28)用導(dǎo)線（2a3)連接；所述32通道光柵光譜儀（31)和Licel瞬 態(tài)記錄儀（32)分別經(jīng)導(dǎo)線（2a3)與放置在脈沖激光器（11)前方的光電探測器（35)連接， 且由光電探測器（35)對(duì)脈沖激光進(jìn)行感應(yīng)后為32通道光柵光譜儀（31)和Licel瞬態(tài)記 錄儀（32)提供觸發(fā)源。
7. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的多波段拉曼-熒光激光雷達(dá)系統(tǒng)，其特征在于，所述激光發(fā)射 系統(tǒng)（1)各設(shè)備均在同一平面上；所述脈沖激光器（11)、擴(kuò)束準(zhǔn)直器（12)、第一帶寬反射鏡 (13a)同軸線依次設(shè)置；所述擴(kuò)束準(zhǔn)直器（12)的光線出射口與第一帶寬反射鏡（13a)的反 射面相向，第一帶寬反射鏡（13a)的反射面上入射光線的入射角為45°角；在第一帶寬反 射鏡（13a)反射光線的方向上設(shè)置第二帶寬反射鏡（13b)，第二帶寬反射鏡（13b)反射面上 入射光線的入射角為45°角，且第二帶寬反射鏡（13b)反射面與第一帶寬反射鏡（13a)反 射面相向；在第二帶寬反射鏡（13b)反射光的方向上設(shè)置第三帶寬反射鏡（13c)，第三帶寬 反射鏡（13c)反射面上入射光線的入射角為45°角，且第三帶寬反射鏡（13c)反射面與第 二帶寬反射鏡（13b)反射面相向。
8. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的多波段拉曼-熒光激光雷達(dá)系統(tǒng)，其特征在于，所述回波信號(hào) 接收系統(tǒng)（2)中，所述望遠(yuǎn)鏡（21)，優(yōu)選Celestron 11型施密特-卡塞格林望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)，有 效口徑為380_ ;與望遠(yuǎn)鏡（21)配合使用的小孔光闌選用4_小孔光闌；所述第一窄帶濾 光片（25a)、第二窄帶濾光片（25b)、第三窄帶濾光片（25c)、第四窄帶濾光片（25d)，分別采 用355nm、532nm、607nm和660nm四種窄帶濾光片；所述光電倍增管（28)，優(yōu)選Hamamastsu 生產(chǎn)的H10720-110和H10720-220型端窗式的光電倍增管，根據(jù)具體所接收光譜的響應(yīng)程 度選用相應(yīng)的型號(hào)；所述光纖（29)，采用小口徑光纖。
9. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的多波段拉曼-熒光激光雷達(dá)系統(tǒng)，其特征在于，所述信號(hào)采 集系統(tǒng)（3)中所述32通道光柵光譜儀（31)，優(yōu)選Licel公司生產(chǎn)的Multispectral Lidar 0〇七6(：1:〇1'(32通道光柵光譜儀）；所述1^〇61瞬態(tài)記錄儀（32)，優(yōu)選德國1^〇61公司生產(chǎn)的 TR40-160型模電/光子計(jì)數(shù)器，其特性為在高重復(fù)頻率情況下，高時(shí)間分辨率和動(dòng)態(tài)范圍 能夠達(dá)到最佳狀態(tài)。
10. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的多波段拉曼-熒光激光雷達(dá)系統(tǒng)，其特征在于，所述激光發(fā) 射系統(tǒng)（2)中所述脈沖激光器（11)，優(yōu)選Continuun Surelite I型Nd:YAG激光器，用于 通過對(duì)1064nm的基波進(jìn)行二倍頻和三倍頻后輸出355nm、532nm和1064nm三個(gè)波段的高能 量脈沖激光束，脈沖重復(fù)頻率為20Hz ;所述擴(kuò)束準(zhǔn)直器（12)，優(yōu)選BXUV-10.0-5X-355-532 型伽利略式擴(kuò)束準(zhǔn)直器。
【文檔編號(hào)】G01N21/21GK104122562SQ201410363057
【公開日】2014年10月29日 申請(qǐng)日期:2014年7月28日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月28日
【發(fā)明者】黃忠偉, 周天, 黃建平, 閉建榮, 史晉森 申請(qǐng)人:蘭州大學(xué)