大气CO2的激光雷达探测方法和实验

我们设计了微脉冲雷达的方案，可用于探测低层大气中的CO2分布。它是基于半导体激光器、光纤放大器、吸收倍增分离雪崩二极管和光子计数器，其多数器件都是光纤器件和半导体器件，可使得系统小型化、牢固、便于统调。该系统脉冲能量小，重复频率高。 基于种子注入的KTP参量振荡, 可以设计一种新颖的差分吸收雷达系统,用来探测对流层大气CO2的分布。种子光的通断导致OPO交替输出窄带光和宽带光,作为差分吸收的on光源和off光源。 用被探测气体本身的吸收池和谐振腔长的精确控制来锁定发射机的on光源波长。 建立了探测大气CO2浓度的原理性Raman激光雷达,其发射机采用Nd:YAG激光的三倍频354.7nm作为工作波长,发射的单脉冲能量60mJ,重复频率20Hz；接收机采用了光电倍增管（量子效率25%）和光子计数器（计数速率200MHz）,探测CO2的Raman散射371.66nm(频移1285cm-1)信号。 在提取CO2 Raman散射回波信号的过程中,关键是抑制由激发光同时产生的强度大得多的354.7nm Mie – Rayleigh后向散射以及波长挨得很近的375.4nm O2 Raman后向散射的干扰。该雷达实验探测了1.5公里内的CO2浓度分布。