基于视场展宽迈克尔逊干涉仪的偏振高光谱分辨率激光雷达

成中涛刘东周雨迪白剑刘崇汪凯巍罗敬唐培钧徐沛拓张与鹏杨甬英毕磊张克俊 · 2016

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高光谱分辨率激光雷达

会议名称：

第33届中国气象学会年会

会议时间：

2016-11-01 00:00:01

会议地点：

中国陕西西安

摘要：

大气气溶胶通过对太阳辐射的散射和吸收,在影响地球气候和辐射平衡中起着重要的作用。对气溶胶参数(如散射系数、光学厚度等)的测量成为大气物理学、气象学等学科广泛关注的问题。激光雷达作为大气参数遥感的重要工具,因其探测距离远,分辨率高,一次可探测多种气溶胶参数等优点受到了极大关注[1-5]。特别是高光谱分辨率激光雷达(HSRL),由于其使用了窄带光学鉴频器,能分离大气后向散射信号中分别由大气分子和气溶胶散射的成分,无需对被测大气的关键参数进行假设即可实现高精度遥感探测[6-11]。在HSRL系统中,高光谱分辨率的光学鉴频器是一个关键器件。目前,碘分子吸收鉴频器[6-8]和F-P干涉仪鉴频器[9,10]均在HSRL中得到了广泛的应用。碘分子吸收鉴频器虽然具有光谱分离能力高、稳定性好、视场大等优点,但是碘分子吸收谱线只在532 nm波段具有滤光特性,无法用在其他波长;FP标准具虽然具有滤光波长任意谐调的特点,但是其光谱鉴别能力严重受视场角限制[11-12]。发展一种具有灵活的波长谐调能力以及具备大视场使用特性的高光谱鉴频器是构建全谱段多波长HSRL的关键。本文提出了一种基于视场展宽迈克尔逊干涉仪(FWMI)的HSRL系统,能够同时反演得到大气气溶胶后向散射系数、消光系数、退偏比等诸多光学参数。FWMI作为光谱鉴频器具有优良的光谱分辨能力,同时其性能几乎不受入射光视场角的影响,是发展HSRL技术的一种新型光谱鉴频器。详细介绍了FWMI的基本工作原理与设计方案,讨论了FWMI相比于传统鉴频器件的优点;介绍了基于FWMI的工作在532nm波段HSRL仪器系统设计、定标以及反演方法,并给出了在浙江大学校内实场测量的结果以验证系统的性能。本文介绍的HSRL构建技术对研制多波长激光雷达主动遥感仪器,尤其是近红外HSRL研制具有很好的技术导向作用。