全天时绝对测温激光雷达的多通道纯转动拉曼分光系统

为实现大气温度廓线的全天时绝对探测,基于N_(2)分子的精细纯转动拉曼谱线结构,本课题组提出并设计了多通道纯转动拉曼激光雷达分光系统。采用F-P干涉仪(FPI)作为频率梳滤波器,考虑FPI膜层损耗和镜面缺陷,精细匹配N_(2)分子anti-Stokes分支的纯转动拉曼谱线,实现了FPI结构及性能参数的优化,并有效滤除了太阳背景噪声及邻近谱线信号;结合衍射光栅和光纤线阵列,通过两级光谱滤光对弹性散射信号实现了约60 dB的抑制率,有效提取了8通道偶转动量子数(J=6~20)的拉曼光谱信号,以直接反演大气温度;基于标准大气模型,对8通道纯转动拉曼分光系统的信号功率及信噪比进行了仿真,并分析了全天时绝对测温激光雷达的探测性能。结果表明,在累积时间为17 min时,该系统实现白天信噪比优于10的探测高度可达到1.8 km,反演温度1 K偏差对应的高度达0.8 km,可实现全天时大气温度廓线的无校正探测。