差分吸收相干激光雷达中偏振分集技术研究

为减小差分吸收相干激光雷达(DIAL)中偏振衰落对回波信号功率反演精度影响,研究了偏振分集技术(PDT)在相干DIAL中的作用,构建了利用STM32控制的双光束切换DIAL实验装置。依托构建的装置,利用平衡探测,分别采用PDT和一般外差探测完成多组次实验,应用单频检测方法得到20m光程下吸收气体不同浓度下相干中频信号的振幅值,并由此求解出on光和off光回波信号功率。对回波信号功率值差分信息与由HITRAN得到的参考差分信息比较发现:应用PDT能使探测分辨率提高4倍,对应到2km距离内,可以探测到3.5×10-6ppm的CO2浓度变化,满足了气候研究所需的优于1%的精度要求,验证了PDT消除偏振衰落以及提高相干DIAL分辨精度的作用。

大气湍流对相干激光雷达CO_2探测精度影响研究

为研究大气湍流对激光回波的光强起伏、漂移、波前畸变以及偏振退化的影响,计算了大气后向散射回波在不同探测高度下的信噪比(SNR),结合Hufnagel-Valley模型分析了球面波大气闪烁调制因子,得到了近地大气光强起伏方差;利用模式匹配数值积分方法,得到了不同高度的空间光-单模光纤(SMF)的耦合效率;从光场复振幅和探测面上光斑的爱里斑模型出发,研究了空间相位起伏对外差效率的影响;最后基于20m气体池差分吸收探测CO2浓度的实验数据,分析大气湍流对外场实验影响。结果表明,大气湍流会使系统精度降低1.21倍,20 m光程下系统精度由424.83×10-6变为514.04×10-6,性能下降严重。本文所作的分析对差分吸收相干激光雷达(DIAL)外场实验有重要参考意义。