传统上使用机械旋钮调节光电倍增管 (PMT) 增益的方法不仅存在需要人为依据经验手动操作、准确性差等弊端, 而且 PMT 增益易受温度影响, 需要根据环境温度动态调整 PMT 的高压, 这些局限性都不利于其在激光雷达系统中的应用。为了便于对 PMT 进行增益调节并保持 PMT 增益的稳定, 设计了可用于激光雷达系统的 PMT 控制电路板, 该电路可使用计算机实现增益调节和高压的温度自适应调节, 从而精简了信号探测系统的结构与体积, 提升了信号的稳定性。本工作采用内置高压电源的 H10721-20 型 PMT, 并基于 STM32 单片机结合数模转换器 (DAC) 和外围电路完成控制电路板的设计并进行实际制作。进一步对使用电位器调节的 PMT 和利用所提出的控制方法进行调节的 PMT 进行了高压稳定性的对比实验, 并对使用 PMT 控制电路板的米散射激光雷达的性能进行了测试。实验结果表明所提出的控制方法可实现更稳定的 PMT 增益控制, 设计的 PMT 控制电路板具有良好的可靠性。

为了同时测量大气温度, 水汽和大气气溶胶, 中国科学院安徽光学精密机械研究所中国科学院大气光学中心研制了一台多功能拉曼激光雷达。 该激光雷达采用多腔干涉滤光片的高性能光谱盒, 同时按小角度入射顺序安装, 分离不同波长的激光雷达回波信号, 并能高效率地提取信号。 利用该台拉曼激光雷达进行连续观测, 分析了大气温度、 水汽混合比的垂直分布。 研究结果表明: 探测时间为5分钟, 激光能量为200 mJ时, 激光雷达和无线电探空仪测得的平均偏差很小, 10 km以下的总体趋势相似, 同时观测到逆温层位于对流层低层。 在干净天的条件下, 6.2 km高度下的夜间统计温度误差在1K以下; 在轻微雾霾天的条件下, 2.5 km高度下的夜间统计温度误差在1 K以下。 水汽探测过程中, 激光雷达在4 km以内的相对误差不超过5%, 7.5 km以内的相对误差不超过20%。 连续观测结果验证了拉曼激光雷达的可靠性, 实现了对流层大气参数的实时测量。

介绍在大气气溶胶污染监测中应用的新型全天时户外型拉曼-米散射激光雷达系统, 主要用于对大气边界层结构、对流层气溶胶和云光学特征及其形态进行自动连续观测。该系统在整体结构方面, 运用成熟的米散射、偏振和拉曼激光雷达技术, 采用一体化设计, 结构紧凑, 便于运输, 外场试验无需安装和调试; 在系统控制方面, 采用一键式启动, 操作简单, 同时具备手动和自动两种工作模式, 并具有网络控制和数据传输功能; 在数据处理方面, 采用自动和人工两套处理软件, 前者可根据系统设置自动处理和实时显示测量结果, 后者则根据用户设定参数对原始测量数据进行数据反演和显示。该系统真正实现了激光雷达的产品化应用要求, 可广泛运用于大气环境监测和大气科学等研究领域。