报道了基于光纤-固体混合放大的百纳秒脉冲宽度单频大能量1064 nm激光光源的研究工作。采用1064 nm分布反馈（DFB）半导体激光器作为单频连续种子光光源，采用声光调制器将种子光整形为脉冲宽度约为149.0 ns的洛伦兹波形脉冲光，重复频率为60 Hz，经过级联的全保偏光纤放大器放大后，获得单脉冲能量约为2.1 μJ、脉冲宽度约为216.7 ns的脉冲光输出。固体放大部分采用激光二极管（LD）端面抽运的Nd∶YVO₄晶体作为高增益的前放大器进行双程放大，采用LD单侧面抽运的Nd∶YAG板条晶体作为预放大器进行双程放大，采用两级LD双侧面抽运的Nd∶YAG板条晶体作为功率放大器，最终获得了单脉冲能量为151.4 mJ、脉冲宽度约为267.8 ns的激光输出。采用光学外差法对输出脉冲激光的线宽进行了测试，线宽约为14.2 MHz。研究结果为星载相干测风激光雷达采用1.06 μm的激光光源提供了新的技术路线。

路径积分差分吸收（IPDA）激光雷达可装载于飞机或卫星上探测大范围大气CO₂浓度，具有全天时和探测精度高的优势。全球云的平均覆盖率可达60%，因此在激光穿透大气射向地面的探测过程中，除了地面和海洋回波信号，还有很多云层回波信号。结合机载大气探测激光雷达（ACDL）信号采集特点，针对复杂的云层回波信号，提出一种基于中位数绝对偏差的离群值筛选法提取信号，可分离多层云回波信号及云层与地面回波信号同时存在的信号。分析云信号的探测能力，并利用云层回波信号积分值反演云上CO₂柱浓度，结果与原位测量仪测量结果变化趋势一致，二者偏差为2.8 μL/L。

利用偏硼酸钡（BBO）倍频晶体，实现了1064 nm激光泵浦金刚石拉曼激光器的高重复频率紫外激光脉冲输出。搭建了腔内倍频金刚石拉曼激光器，实现了620 nm激光输出。当1064 nm泵浦光的功率为4.0 W时，620 nm输出激光的功率为550 mW，转换效率约为13.7%。通过BBO晶体腔外倍频，获得了平均功率约为48 mW的310 nm紫外激光脉冲输出，脉冲重复频率为2 kHz，脉冲宽度约为761.8 ps，倍频效率约为8.7%。

为实现对全球气溶胶光学参数剖面的高精度测量，采用基于碘分子滤波器的高光谱分辨率探测技术。结合欧洲中期天气预报中心（ECMWF）的大气再分析数据集（ERA5）的温度和压强数据，选取在轨期间途经撒哈拉沙漠和加拿大山火区域的星载高光谱分辨率激光雷达（HSRL）的观测数据，对沙尘类气溶胶和烟尘类气溶胶的光学特性进行分析，包括气溶胶的后向散射系数、消光系数、退偏振比和雷达比。结果表明：撒哈拉沙漠地区近地面5 km以内的气溶胶分布主要以沙尘类气溶胶为主，其退偏振比集中在0.2~0.4，雷达比数值集中在40~60 sr；加拿大山火地区的气溶胶主要以烟尘类气溶胶为主，其退偏振比集中在0.02~0.15，雷达比在50~70 sr范围。激光雷达特有的高光谱探测技术，在气溶胶和云的精细化探测和分类方面具有重要应用，将在环境监测中发挥重要作用。

为了满足星载大气探测激光雷达在轨应用需求，对该系统采用的空间大能量脉冲固体激光器进行了空间环境下的热控设计仿真及试验研究。首先根据激光载荷整体布局以及轨道特性参数分析并计算了激光器外部空间热环境，随后介绍了激光器构型及热设计，然后利用热传导以及空间热辐射理论建立了热分析模型，开展了激光器在轨热设计及仿真，并通过空间热真空环境试验验证了热控方案。激光器在轨工作温度波动优于±0.033 ℃，激光器内部关键器件大功率的激光放大器模块温度低于28 ℃，实现了大能量脉冲固体激光器在轨超高精度控温，满足了激光器在轨稳定运行工作的使用要求，为激光雷达在轨正常工作提供了重要保障。

Aerosols and clouds greatly affect the Earth’s radiation budget and global climate. Light detection and ranging (lidar) has been recognized as a promising active remote sensing technique for the vertical observations of aerosols and clouds. China launched its first space-borne aerosol-cloud high-spectral-resolution lidar (ACHSRL) on April 16, 2022, which is capable for high accuracy profiling of aerosols and clouds around the globe. This study presents a retrieval algorithm for aerosol and cloud optical properties from ACHSRL which were compared with the end-to-end Monte-Carlo simulations and validated with the data from an airborne flight with the ACHSRL prototype (A2P) instrument. Using imaging denoising, threshold discrimination, and iterative reconstruction methods, this algorithm was developed for calibration, feature detection, and extinction coefficient (EC) retrievals. The simulation results show that 95.4% of the backscatter coefficient (BSC) have an error less than 12% while 95.4% of EC have an error less than 24%. Cirrus and marine and urban aerosols were identified based on the airborne measurements over different surface types. Then, comparisons were made with U.S. Cloud-Aerosol Lidar with Orthogonal Polarization (CALIOP) profiles, Moderate-resolution Imaging Spectroradiometer (MODIS), and the ground-based sun photometers. High correlations (R > 0.79) were found between BSC (EC) profiles of A2P and CALIOP over forest and town cover, while the correlation coefficients are 0.57 for BSC and 0.58 for EC over ocean cover; the aerosol optical depth retrievals have correlation coefficient of 0.71 with MODIS data and show spatial variations consistent with those from the sun photometers. The algorithm developed for ACHSRL in this study can be directly employed for future space-borne high-spectral-resolution lidar (HSRL) and its data products will also supplement CALIOP data coverage for global observations of aerosol and cloud properties.

为实现对气溶胶光学参数的大范围、高精度、定量化探测,使用一套基于碘分子滤波器的机载高光谱分辨率激光雷达(HSRL)系统开展飞行实验,同时在地面设置辅助验证观测站。实验研究了秦皇岛地区的气溶胶变化趋势、不同下垫面类型下的气溶胶分布以及秦皇岛气溶胶光学厚度(AOD)的高值地区,并将HSRL系统反演的AOD数据与地面站点的太阳光度计和卫星遥感器测得的数据进行对比分析,三者相关性优于0.95。结合地面气象数据和机载观测数据,对不同飞行天次下秦皇岛地区的污染物来源以及城镇、山地、海洋等不同下垫面类型下的气溶胶光学参数分布特征进行分析,包括气溶胶后向散射系数、气溶胶消光系数、雷达比、色比和退偏比。结果表明:城镇地区的大气低层中以生物质燃烧和工业产生的气溶胶为主,海洋地区大气低层中以污染型海洋气溶胶为主,山地地区大气低层中的粒子尺寸较大,以污染型沙尘粒子为主。

针对基于航空和航天平台的激光雷达对2 μm波段激光源的特殊需求,设计一种声光调Q、传导冷却(Tm, Ho)∶YLF晶体和波长为2051 nm的激光器。在4腔镜8字形环形谐振腔结构中,采用自主设计的侧面抽运楔形镜波导光学耦合系统实现均匀抽运(Tm, Ho)∶YLF晶体,从而实现高光束质量、百纳秒脉宽和2051 nm波长的调Q脉冲激光的稳定输出。当激光器的输出重复频率为1 Hz时,最高单脉冲能量达到141 mJ,脉冲宽度约为103 ns,此时光-光转换效率达到4.3%,实验测得光束质量因子在x和y方向上分别为1.22和1.08。