脉冲Nd∶YAG四倍频激光(266 nm)泵浦D2的受激拉曼散射第二级斯托克斯光(316.39 nm)用作O3差分吸收激光雷达的λoff。为研究 D2的受激拉曼散射效应和定量解释其物理机制作了一系列的实验。通过调节泵浦能量和气体压强, 得到了各级散射光的能量转换效率, 找到了第二级斯托克斯光的优化条件。

介绍了一台双波长双视场米散射激光雷达，采用双接收通道分别用于高低层532nm及1064nm的同时探测，每个通道有各自独立的视场，可以兼顾低层大视场角低探测盲区和高层小视场角高探测高度的要求。该雷达系统能够自动连续探测532nm及1064nm大气气溶胶消光系数的垂直廓线和连续分布，并通过分析能够获得大气气溶胶的各种光学参数。对比验证实验表明，双波长双视场米散射激光雷达数据可靠，性能稳定。

为满足国家对大气参数测量的需求,成功研制了新型车载式大气探测激光雷达系统.该激光雷达主要是通过接收激光与大气中气溶胶粒子和水汽以及氮气分子间的米和拉曼散射信号,结合相应的激光雷达方程,反演出大气水平能见度、垂直气溶胶消光系数和水汽混合比.最终的实际测量结果与对比实验显示,该激光雷达可以对对流层的大气气溶胶进行昼夜连续观测,对夜晚8 km高度范围内以及凌晨和傍晚时分边界层内的水汽进行测量.相应大气水平能见度的测量误差小于20%,而垂直大气气溶胶和水汽的测量误差最大不超过30%.

为了研究卷云的特征，我们利用L300米散射激光雷达对安徽省合肥地区(31．90°N，117．16°E)的高层卷云进行探测。这些卷云是在晴朗夜晚激光雷达进行对流层气溶胶常规测量的同时探测到的。分析讨论了卷云的结构、光学性质及其它们的时间变化特征。结果表明：该地区卷云的云峰主要分布在8～11 km范围之内，卷云的结构呈现一定的季节变化特征。

使用脉冲Nd∶YAG四倍频激光抽运充有纯D₂气体和D₂／He混合气体的拉曼池。实验研究了受激拉曼散射的能量转换效率和能量稳定性与系统主要参量，包括抽运光能量、D₂气体压强和加入惰性气体He的关系。实验表明，适量惰性气体He的加入在没有降低一阶斯托克斯散射光(S₁，波长：289．04nm)能量稳定性的前提下，有利于提高其能量转换效率，最大能量转换效率达到22．1%。通过实验分析，得到了受激拉曼散射一阶斯托克斯散射光的能量转化效率和能量稳定性的优化条件。

卷云的消光后向散射比是研究卷云光学特性的一个重要参量，我们的工作就是利用米散射激光雷达探测的大气和卷云的后向散射信号来获得间断出现的高层薄卷云的消光后向散射比。在无大的天气系统过境的情况下，通过对定点观测到的雷达上空有卷云和无卷云的大气回波信号的对比求解，得出间歇性卷云的消光后向散射比，并与其他方法进行了对比分析，指明了该方法的可靠性和局限性。

提出了一种新的探测对流层低层大气温度的转动拉曼激光雷达方法,通过测量N2和O2的后向散射的纯转动拉曼谱的强度,计算它们的比值来确定大气温度的垂直分布,并对其性能进行了数值模拟.转动拉曼激光雷达的光源是一个调Q的Nd:YAG激光器,经扩束器后输出能量200mJ;采用双光栅单色仪提取所需要的氮气和氧气的转动拉曼谱;接收机采用光电倍增管和双通道光子计数器,量子效率是10% (48000个脉冲累加).夜晚它对近地面10.2km高度内的探测信噪比在10 :1以上,白天它对近地面3.6km高度内的探测信噪比在10 :1以上,计算的温度与模拟用的温度真值阔线相差约0.3K.

水汽体积比仅仅占整个空气的0.1%～3%,但它却是大气中时空变化最为活跃的气体。拉曼激光雷达由于其测量精度高、探测范围广以及自动化程度高,成为现今测量大气水汽含量的新型工具。介绍了中国科学院安徽光学精密机械研究所于2004年10月自行研制的国内首台车载式拉曼激光雷达的总体结构和主要技术参量,给出其相应激光雷达数据的反演方法,该激光雷达在合肥地区进行了实际测量和对比实验。测量结果显示：该激光雷达夜晚探测水汽的高度范围可以从近地面到达对流层中部8 km左右。同时,该激光雷达还尝试进行了白天水汽探测实验,并首次得出突变层内的水汽混合比垂直廓线。

新近研制的车载式双波长米散射激光雷达可用于1 064 nm和532 nm两个波长对白天与夜晚对流层气溶胶消光系数垂直分布进行的探测.该激光雷达由激光发射单元、接收光学和后继光学单元、信号探测和采集单元以及系统运行控制单元组成,后继光路之间采用光纤导光、高低层分层探测等关键技术.该激光雷达使用1 064 nm和532 nm的两个波长,其单发脉冲能量分别为400和300 mJ,重复频率都为20 Hz,光束发散角小于0.5 mrad;望远镜接收视场为1～3 mrad,滤光片的中心波长为1 064 nm和532 nm,带宽1 nm.分别使用R3236及H7680的PMT和VT120及Phillips777的放大器对两个波长的信号进行探测;对532 nm波长用3 A/D采集卡、1 064 nm波长用了光子计数卡.给出了双波长测量对流层气溶胶消光系数垂直分布的结果,该激光雷达可以探测10^-5～1之间的消光系数,探测高度可达10 km以上.

本文对转动拉曼散射激光雷达探测的大气后向散射回波进行了数值模拟计算,计算结果得到了现有的数据的验证,证明了这种设计是可行的.并就激光脉冲能量、发射的激光脉冲数、望远镜的直径和垂直分辨率对转动拉曼激光雷达回波信号信噪比的影响进行了较为详细的分析与讨论,简要分析了测温精度.