CAJ | 학술논문

近年发展起来的激光差分吸收雷达用于遥测大气污染状况,可获得大气污染物浓度的时空分布,这对了解大气污染的分布实况、寻找主要大气污染来源、防治大气污染等均有很重要的价值.TEACO2激光器工作在9～μM的红外波段,大部分大气污染物和化学物质的特征吸收谱都在此波段内.高重复率可调谐的.TEACO2激光器的研制已成为C02激光差分吸收雷达的关键技术.差分吸收雷达从探测方式上可分为相干探测和直接探测方式,其中直接探测方式又可分为后向地物反射方式和距离分辨方式.早期,由于单台激光器快调谐问题尚未解决,一般都采用多台波长固定的CO2激光器组合使用.随着快速调谐技术的发展,差分吸收雷达系统开始采用单台CO2激光发射器.这就使差分吸收雷达系统更加趋于小型化和实用化.利用符合TEA CO2激光器内多种激光混合气体组分的五温度、六温度模型速率方程理论,详细分析了TEACO2激光器的动力学过程,确定激光谐振腔初始条件后,计算了激光器的各种输出特性.激光器输出脉冲参数如峰值功率、粒子数反转、光强、激光能量等均为时间的函数,并且随着输入参数(气压、温度、耦合输出镜反射率等)的不同而作相应的变化.根据理论计算结果,设计研制了两台高重频快调谐TEA CO2激光器,分别采用高频步进电机驱动光栅和扫描振镜+光栅的技术方案实现了激光的快调谐输出.设计了小型化高重复率可调谐的TEA CO2激光器,激光谐振腔长55 cm,采用高频步进电机驱动光栅法,预电离方式为表面电晕紫外预电离,实验得到激光器的一级调谐输出谱线50余条,激光脉冲输出能量30～100 J,峰值功率0.3～1w,谱线分布于9R、9P、10R、10P四个谱区.单片机控制在单台CO2激光器上实现快速调谐输出波长不同的激光脉冲,不同谱线的输出时间间隔约10ms.采用扫描振镜+光栅的调谐技术,又研制了一种双通道放电激励折叠腔.TEA CO2激光器.详细分析了折叠腔TEACO2激光器的结构及其设计特点,谐振腔长约120 cm,影响气体快放电过程的各种因素,如储能电容与峰值电容的比值、工作气压、充放电电感及输入电压的范围等进行了实验研究,确定了充放电谐振回路的最佳参数,实现了双通道的稳定辉光放电.对激光器输出能量与激励电压、混合气体工作气压等参数的关系进行了实验研究,得到激光器自由振荡最大输出能量约为722 mJ.工控机程序控制扫描振镜+光栅的偏转角度,实现了激光的可调谐输出.激光器脉冲重复频率可达到100 Hz,实验得到一级调谐输出谱线80条.强支谱线如10P(20)、9P(18)支输出能量约400 mJ,弱支谱线如10P(48)、9P(42)支谱线能量约100 mJ.经测量,弱支谱线的远场发散角水平方向和垂直方向均为1.21 mrad,约为2倍衍射极限.实现了任意波长两条谱线在10 ms时间内快速切换输出. 近年髮展起來的激光差分吸收雷達用于遙測大氣汙染狀況,可穫得大氣汙染物濃度的時空分佈,這對瞭解大氣汙染的分佈實況、尋找主要大氣汙染來源、防治大氣汙染等均有很重要的價值.TEACO2激光器工作在9～μM的紅外波段,大部分大氣汙染物和化學物質的特徵吸收譜都在此波段內.高重複率可調諧的.TEACO2激光器的研製已成為C02激光差分吸收雷達的關鍵技術.差分吸收雷達從探測方式上可分為相榦探測和直接探測方式,其中直接探測方式又可分為後嚮地物反射方式和距離分辨方式.早期,由于單檯激光器快調諧問題尚未解決,一般都採用多檯波長固定的CO2激光器組閤使用.隨著快速調諧技術的髮展,差分吸收雷達繫統開始採用單檯CO2激光髮射器.這就使差分吸收雷達繫統更加趨于小型化和實用化.利用符閤TEA CO2激光器內多種激光混閤氣體組分的五溫度、六溫度模型速率方程理論,詳細分析瞭TEACO2激光器的動力學過程,確定激光諧振腔初始條件後,計算瞭激光器的各種輸齣特性.激光器輸齣脈遲參數如峰值功率、粒子數反轉、光彊、激光能量等均為時間的函數,併且隨著輸入參數(氣壓、溫度、耦閤輸齣鏡反射率等)的不同而作相應的變化.根據理論計算結果,設計研製瞭兩檯高重頻快調諧TEA CO2激光器,分彆採用高頻步進電機驅動光柵和掃描振鏡+光柵的技術方案實現瞭激光的快調諧輸齣.設計瞭小型化高重複率可調諧的TEA CO2激光器,激光諧振腔長55 cm,採用高頻步進電機驅動光柵法,預電離方式為錶麵電暈紫外預電離,實驗得到激光器的一級調諧輸齣譜線50餘條,激光脈遲輸齣能量30～100 J,峰值功率0.3～1w,譜線分佈于9R、9P、10R、10P四箇譜區.單片機控製在單檯CO2激光器上實現快速調諧輸齣波長不同的激光脈遲,不同譜線的輸齣時間間隔約10ms.採用掃描振鏡+光柵的調諧技術,又研製瞭一種雙通道放電激勵摺疊腔.TEA CO2激光器.詳細分析瞭摺疊腔TEACO2激光器的結構及其設計特點,諧振腔長約120 cm,影響氣體快放電過程的各種因素,如儲能電容與峰值電容的比值、工作氣壓、充放電電感及輸入電壓的範圍等進行瞭實驗研究,確定瞭充放電諧振迴路的最佳參數,實現瞭雙通道的穩定輝光放電.對激光器輸齣能量與激勵電壓、混閤氣體工作氣壓等參數的關繫進行瞭實驗研究,得到激光器自由振盪最大輸齣能量約為722 mJ.工控機程序控製掃描振鏡+光柵的偏轉角度,實現瞭激光的可調諧輸齣.激光器脈遲重複頻率可達到100 Hz,實驗得到一級調諧輸齣譜線80條.彊支譜線如10P(20)、9P(18)支輸齣能量約400 mJ,弱支譜線如10P(48)、9P(42)支譜線能量約100 mJ.經測量,弱支譜線的遠場髮散角水平方嚮和垂直方嚮均為1.21 mrad,約為2倍衍射極限.實現瞭任意波長兩條譜線在10 ms時間內快速切換輸齣.
근년발전기래적격광차분흡수뢰체용우요측대기오염상황,가획득대기오염물농도적시공분포,저대료해대기오염적분포실황、심조주요대기오염래원、방치대기오염등균유흔중요적개치.TEACO2격광기공작재9～μM적홍외파단,대부분대기오염물화화학물질적특정흡수보도재차파단내.고중복솔가조해적.TEACO2격광기적연제이성위C02격광차분흡수뢰체적관건기술.차분흡수뢰체종탐측방식상가분위상간탐측화직접탐측방식,기중직접탐측방식우가분위후향지물반사방식화거리분변방식.조기,유우단태격광기쾌조해문제상미해결,일반도채용다태파장고정적CO2격광기조합사용.수착쾌속조해기술적발전,차분흡수뢰체계통개시채용단태CO2격광발사기.저취사차분흡수뢰체계통경가추우소형화화실용화.이용부합TEA CO2격광기내다충격광혼합기체조분적오온도、륙온도모형속솔방정이론,상세분석료TEACO2격광기적동역학과정,학정격광해진강초시조건후,계산료격광기적각충수출특성.격광기수출맥충삼수여봉치공솔、입자수반전、광강、격광능량등균위시간적함수,병차수착수입삼수(기압、온도、우합수출경반사솔등)적불동이작상응적변화.근거이론계산결과,설계연제료량태고중빈쾌조해TEA CO2격광기,분별채용고빈보진전궤구동광책화소묘진경+광책적기술방안실현료격광적쾌조해수출.설계료소형화고중복솔가조해적TEA CO2격광기,격광해진강장55 cm,채용고빈보진전궤구동광책법,예전리방식위표면전훈자외예전리,실험득도격광기적일급조해수출보선50여조,격광맥충수출능량30～100 J,봉치공솔0.3～1w,보선분포우9R、9P、10R、10P사개보구.단편궤공제재단태CO2격광기상실현쾌속조해수출파장불동적격광맥충,불동보선적수출시간간격약10ms.채용소묘진경+광책적조해기술,우연제료일충쌍통도방전격려절첩강.TEA CO2격광기.상세분석료절첩강TEACO2격광기적결구급기설계특점,해진강장약120 cm,영향기체쾌방전과정적각충인소,여저능전용여봉치전용적비치、공작기압、충방전전감급수입전압적범위등진행료실험연구,학정료충방전해진회로적최가삼수,실현료쌍통도적은정휘광방전.대격광기수출능량여격려전압、혼합기체공작기압등삼수적관계진행료실험연구,득도격광기자유진탕최대수출능량약위722 mJ.공공궤정서공제소묘진경+광책적편전각도,실현료격광적가조해수출.격광기맥충중복빈솔가체도100 Hz,실험득도일급조해수출보선80조.강지보선여10P(20)、9P(18)지수출능량약400 mJ,약지보선여10P(48)、9P(42)지보선능량약100 mJ.경측량,약지보선적원장발산각수평방향화수직방향균위1.21 mrad,약위2배연사겁한.실현료임의파장량조보선재10 ms시간내쾌속절환수출.