基于光纤F-P滤波器的水汽拉曼激光雷达系统及实验研究

发布时间：2021-09-29 15:29

　　水汽作为重要的大气气象参数之一,对于研究天气变化、水循环和大气科学等有着至关重要的作用。拉曼散射激光雷达是目前被广泛采用的大气水汽探测有效手段之一。目前国内外拉曼激光雷达分光系统普遍存在结构不紧凑和光路调整复杂等不足,因此,小型化可靠的拉曼分光技术的研究对激光雷达的业务化应用以及星载和空基激光雷达探测技术的发展,具有重要的科学意义和研究价值。论文基于前期的全光纤水汽拉曼分光设计方案,针对在全光纤技术实现中的若干问题,设计并构建了一套以光纤F-P滤波器为主的光纤拉曼分光优化系统。考虑到不同纤芯光纤之间的耦合效率问题,基于Zemax仿真和实验验证完成了利用自聚焦透镜的高效率光纤耦合系统,获得了 10%的最大耦合效率;设计了二向色镜结合长波通滤光片的分光技术,保证了对弹性米散射信号的高效率抑制。基于首次研制成功的可见波段光纤F-P滤波器,搭建光纤分光优化系统,完成对主要光纤器件和分光系统光学性能的测试,结果表明该系统可成功实现对中心波长分别为660nm和606.7nm的水汽和氮气拉曼散射回波信号的精细提取,以及光纤拉曼通道对弹性散射信号达到107的高效抑制,满足设计要求。依托西安理工大学激光... 

【文章来源】：西安理工大学陕西省

【文章页数】：74 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
abstract
1 绪论
    1.1 研究背景与意义
    1.2 国内外研究进展
        1.2.1 激光雷达探测大气水汽国内外发展现状
        1.2.2 光纤滤波器的研究现状
    1.3 论文主要研究内容
2 相关技术和基础理论
    2.1 拉曼激光雷达水汽探测原理
        2.1.1 激光与大气物质的相互作用
        2.1.2 拉曼散射原理
        2.1.3 大气水汽混合比的反演方法
        2.1.4 水汽探测信噪比
    2.2 光纤滤波技术
        2.2.1 光纤F-P滤波器的滤波原理
        2.2.2 水汽探测的光纤F-P滤波技术
        2.2.3 光纤级联的光纤分光原理
    2.3 本章小结
3 光纤拉曼分光系统的优化与设计
    3.1 前期的全光纤拉曼分光技术方案
    3.2 光纤分光拉曼激光雷达系统仿真
        3.2.1 仿真理论
        3.2.2 主要技术参数对水汽探测性能的影响
    3.3 基于Zemax的光纤耦合系统仿真设计与实验验证
        3.3.1 光纤耦合基础理论
        3.3.2 基于Zemax的耦合系统仿真及优化
        3.3.3 实验验证与结果分析
    3.4 通道抑制率的优化设计
    3.5 优化后的光纤拉曼分光系统
    3.6 本章小结
4 光纤拉曼分光系统的性能测试与分析
    4.1 光纤耦合器的光学性能测试与分析
    4.2 光纤带通滤波器的光学性能测试与分析
        4.2.1 光纤带通滤波器光谱及抑制率测试与分析
        4.2.2 光纤带通滤波器光谱稳定性测试与分析
    4.3 光纤F-P滤波器的光学性能测试与分析
        4.3.1 可调谐光纤F-P滤波器
        4.3.2 光纤F-P滤波器光谱及抑制率测试与分析
        4.3.3 光纤F-P滤波器光谱稳定性测试与分析
    4.4 光纤拉曼分光优化系统的测试与分析
    4.5 本章总结
5 光纤分光拉曼激光雷达系统及水汽探测实验
    5.1 光纤分光的拉曼激光雷达系统
    5.2 初步实验验证
    5.3 大气水汽和气溶胶探测与分析
    5.4 本章小结
6 总结与展望
    6.1 总结
    6.2 展望
致谢
参考文献
在校期间参与发表的论文


【参考文献】：
期刊论文
[1]用于测量流层水汽的拉曼激光雷达[J]. 尚震,谢晨波,钟志庆,王邦新,王珍珠,赵明,谭敏,刘东,王英俭.  红外与激光工程. 2016(12)
[2]光纤端面偏移对光纤F-P可调谐滤波器性能影响[J]. 陈超,薛景锋,孙义斌,江琴.  光学技术. 2016(03)
[3]基于地基微波辐射计的大气液态水及水汽特征分析[J]. 张文刚,徐桂荣,万蓉,贺文煌,冯光柳.  暴雨灾害. 2015(04)
[4]模拟与光子计数融合的激光雷达信号采集系统设计[J]. 付毅宾,王煜,张天舒,范广强,刘文清,常振,邱晓晗,方玲丽,田禹泽.  中国激光. 2015(08)
[5]对流层高度大气温度、湿度和气溶胶的拉曼激光雷达系统[J]. 王玉峰,高飞,朱承炫,何廷尧,华灯鑫.  光学学报. 2015(03)
[6]多波长水汽探测激光雷达回波仿真及误差分析[J]. 李婷,陈思颖,张寅超,郭磐,陈和,高龙.  中国激光. 2015(02)
[7]微脉冲激光雷达反演半干旱区气溶胶消光系数方法[J]. 宋嘉尧,张京朋,曲宗希,张文煜.  中国沙漠. 2015(04)
[8]可调谐光纤F-P线性滤波器的设计与分析[J]. 陈海涛,梁有程,张豪杰.  激光杂志. 2014(09)
[9]激光雷达的应用及发展趋势[J]. 赵一鸣,李艳华,商雅楠,李静,于勇,李凉海.  遥测遥控. 2014(05)
[10]大气水汽探测拉曼激光雷达系统仿真设计[J]. 陈胜哲,张寅超,陈思颖,陈和,郭磐,步志超,葛宪盈.  北京理工大学学报. 2014(06)

硕士论文
[1]激光散射信号与大气颗粒测量技术研究[D]. 谢家亮.杭州电子科技大学 2016
[2]一种基于压电驱动的可调谐光纤F-P滤波器的设计[D]. 常晓东.武汉理工大学 2015
[3]基于ZEMAX的多模光纤到单模光纤耦合系统研究[D]. 吴杏.华中科技大学 2014
[4]水汽激光Raman探测实验研究[D]. 尹祺巍.中国海洋大学 2011
[5]高性能F-P可调谐滤波器的研究与开发[D]. 吕大娟.武汉理工大学 2011
[6]空间光—光纤耦合技术研究[D]. 邓科.电子科技大学 2007



本文编号：3413959