扫描式固体腔F-P干涉仪的设计与优化

发布时间：2020-07-05 05:01

【摘要】：温度作为大气状态的基本物理参量之一,其全天时和高精度探测方法研究将提高为生产和生活服务的能力,例如为提高天气预报的准确率、改善环境污染、研究温室效应对策与利用气象资源及制定经济政策等提供可靠的技术支撑。作为一种具有高时空分辨率和高探测灵敏度的主动遥感探测技术,激光雷达已被广泛用于大气温度探测,特别是在探测低层温度廓线时,由于高光谱激光雷达具有高的光谱分辨能力,结合较强的瑞利散射回波信号强度,易获得高的信噪比,具备全天时探测能力。目前,基于瑞利散射的高光谱测温激光雷达探测大气温度主要集中于相对探测,即温度反演需要响应函数和校准程序。为实现大气温度的绝对探测,本文设计了以电光晶体作为法布里-珀罗干涉腔,通过改变调制电压连续改变腔尺寸,实现谐振频率的改变,并结合瑞利散射谱特征,优化设计扫描式固体腔F-P干涉仪。该器件设计参数为:自由光谱区11GHz、固体腔几何长度8.5mm、腔体介质KD*P、半高全宽150MHz、腔体反射率96%、电压扫描间隔15.5V。通过扫描式固体腔F-P干涉仪获取瑞利散射谱上离散,点信息,采用多项式插值方法获得拟合谱形,通过标准大气模型和S6模型获得的理论谱形进行比对,大气温度探测不确定度2.8K。为优化扫描式固体腔F-P干涉仪的动态滤波性能,首先利用数字全息干涉术测量电光晶体的折射率与调制电压的关系。通过对实验数据与理论调制度的对比,两者具有良好的一致性。为验证试制的扫描式固体腔F-P干涉仪动态滤波性能,确认是否满足设计要求,首先分析了腔体端面缺陷对透射谱的影响,通过实验测量了干涉仪的透射谱线,进而确定滤波性能。实验中利用笼式结构搭建了测试光路,同时对固体腔实现精度为0.02℃的温度控制,最终测得扫描式固体腔F-P干涉仪的谐振波长为354.72913 nm,半高全宽为386MHz,与设计参数具有良好的一致性。结果表明,该器件可实现瑞利谱形的精细探测,并对同类高光谱激光雷达分光系统研究具有借鉴意义,并为我国高光谱激光雷达陆基及星载应用提供了一套可行的分光系统解决方案。
【学位授予单位】：西安理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TH744.3

【参考文献】

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本文编号：2742122