大气布里渊散射光谱及探测技术研究.pdf

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1、学校代码10406分类号TN249密级学号080080402032题目大气布里渊散射光谱及探测技术研究作者刘建安学科、专业测试计量技术及仪器指导教师刘大禾教授，何兴道教授申请学位日期2011年6月学校代码：10406分类号：TN249学号：080080402032南昌航空大学硕士学位论文大气布里渊散射光谱及探测技术研究硕士研究生：刘建安导师：刘大禾教授，何兴道教授申请学位级别：硕士学科、专业：测试计量技术及仪器所在单位：测试与光电工程学院答辩日期：2011年6月授予学位单位：南昌航空大学ResearchonBrill

2、ouinscatteringspectraofatmosphericanddetectiontechnologyADissertationSubmittedfortheDegreeofMasterOnMeasuringandTestingTechnologiesandInstrumentsByJiananLiuUndertheSupervisionofProf.DaheLiu，XingdaoHeCollegeofMeasuringandOpticalEngineeringNanchangHangkongUnivers

3、ity,Nanchang,ChinaJun.2011摘要基于布里渊散射的激光探测技术是一门前沿性的研究课题，是未来光散射激光探测技术的发展方向之一。利用布里渊散射技术可以测量大气的多种特征参数，如温度、气压、气体密度分布、大气声速、折射率、空气扰动等；在大气环境监测，军事气象保障，空气动力学研究，航空航天等领域具有重要的潜在应用价值。鉴于常规条件下大气自发布里渊散射频移很小，通常和瑞利散射混在一起，按目前的探测技术无法把自发布里渊信号和瑞利信号准确的分离出来。而获得准确的布里渊频移量是利用布里渊散射来测量大气各种参数

4、及应用的关键，为此，本文引入S6模型，从理论上仿真相应条件下的瑞利-布里渊散射谱型特征，通过把理论光谱和实测谱作比较来定性和定量分析布里渊频移特征，弥补探测系统分辨率和测量精度的不足。此外，本文模拟了不同海拔高度以及不同压强、温度条件下大气的布里渊背向散射谱型特征，分析了谱型变化规律，探讨了引起谱型变化的内在因素，为开展实验研究提供理论指导。模拟结果表明：基于布里渊散射的激光探测技术更适合低温层大气的探测，使用波长较长的单模激光，可以获得更高的布里渊频谱分辨率。本文在布里渊散射理论和模型模拟仿真的基础上，讨论了用窄带

5、单模激光来探测大气自发布里渊散射谱的方法，提出结合Fabry-Perol高光谱分辨率的激光直接探测技术，设计了实验探测系统，并开展了背向180°和侧向90°散射的可行性验证实验，虽然实测结果和理论偏差较大，但通过探索研究表明该技术是可行的。本文最后讨论了实验中遇到的问题以及探测系统存在的缺陷，给出解决问题的方法和改进系统的具体方案。相比于目前国内外其它布里渊散射激光探测系统和方案，基于布里渊背向散射的单光束激光直接探测系统不但结构相对简单，体积较小，便于安装，具有发展成不同平台的布里渊散射激光雷达的潜力。结合其它电子

6、技术，该系统可以进行远距离、实时的测量，实用性和潜在的应用价值很高。关键字：布里渊背向散射，Fabry-Perol高光谱分辨率，激光探测系统，S6模型ⅠAbstractlaserdetectiontechnologybasedonBrillouinscatteringisnotonlyafrontierresearchsubject，butisthenewdirectionofdevelopmentoflaserdetectiontechnologyinthefuture.UsingBrillouinscatteri

7、ngtechniquecanmeasureavarietyofatmosphericparameterssuchastemperature,pressure,gasdensitydistribution,airvelocity,refractiveindex,airturbulenceandsoon.Ithasimportantpotentialapplicationsintheatmosphericenvironmentalmonitoring,military,meteorological,airdynamics

8、,aerospaceandotherfields.InviewofthespontaneousBrillouinfrequencyshiftdispersionofatmospherewhichunderthenormalconditionsisverysmall.BrillouinandRayleighscatteringsignalsare