大气折射率是影响光电探测领域测量精度的重要因素。为了提高光电测量精度,提出利用纯转动拉曼激光雷达信号反演低层大气折射率廓线的方法。通过接收N2和O2的纯转动拉曼回波信号,由双光栅单色仪分光后获得高低量子信号。根据高低量子信号的比值反演得出大气温度和大气压强廓线,从而获得大气折射指数垂直分布。通过与折射指数理论模型相比较,表明纯转动拉曼激光雷达反演对流层折射指数有较高的精度。给出了多组折射指数廓线的反演结果,得出多天夜晚不同时刻折射指数的特性。结果表明一天中不同时刻折射指数变化较小,7.5 km内最大相对误差约为0.4%; 不同月份之间折射指数波动较为明显,4.5 km内相对误差可达3.5%左右。

介绍了拉曼差分法测量对流层底部污染物O3的基本原理。计算和研究了N2,O2的拉曼光谱强度分布特征,利用O3对N2,O2紫外波段拉曼散射光的不同吸收特性,推导出O3浓度反演公式; 设计了拉曼差分激光雷达(Raman-DIAL)系统,该系统采用双通道分别接收N2和O2对紫外266 nm激光的拉曼散射光,通过拉曼差分法反演大气中O3浓度。分析了激光雷达系统噪声的来源,对双通道滤光片提出了相应的要求; 分析了大气中污染物SO2,NO2在紫外波段的吸收特性对拉曼差分法测量O3的影响及造成的相对误差; 利用差分激光雷达AML-2测得的O3数据模拟了拉曼差分激光雷达系统N2与O2的拉曼信号,从而证实了该方法探测对流层底部大气臭氧含量垂直分布的可行性。

针对传统的全单模光纤速度干涉仪在进行爆炸冲击试验中，前端的单模准直器难以有效的收集高速运动的物体的漫反射光，提出了全多模光纤速度干涉仪的装置，利用超辐射发光二极管取代传统速度干涉仪光源，初步验证了全多模速度干涉仪的可能性。主要阐述了全多模速度干涉仪的原理和结构，并将其与全单模速度干涉仪在喇叭振动速度的试验中进行比较，取得了一致的结果，验证了其测量速度的可能性。

纯转动拉曼测温激光雷达中采用双光栅单色仪结构的优点是能提供优于10-7的抑制比,能够很好抑制Rayleigh-Mie散射,得到纯度很高的转动拉曼谱,并且能够提高光的透过率,具有长期的稳定性.光纤、透镜、光栅参数的选择及焦板上光斑的精确定位是双光栅单色仪研制成败的关键.在合适的参数下计算出了双光栅单色仪的滤波函数,高低量子数回波信号强度比以及温度随高度的变化,计算出的温度与代入的温度相差约0.3 K,说明此双光栅单色仪的设计是合理的.

介绍了双光栅转动拉曼激光雷达的双光栅单色仪结构,并推导了相应的雷达公式.利用该公式把双光栅单色仪带宽对雷达反演温度带来的影响,简单地转化成双光栅单色仪带宽内包含的转动拉曼谱线对雷达反演温度带来的影响,结果表明多谱线比值反演的温度小于单谱线反演的温度,最大误差达13 K.

提出了一种确定激光雷达几何重叠因子的新方法。研究了大气分子纯转动拉曼谱线强度分布特征。利用大气分子总的纯转动拉曼激光雷达信号结合瑞利米氏散射激光雷达信号能精确反演激光雷达几何因子。这种方法消除了振动拉曼方法中气溶胶波长指数影响以及水平测量法气溶胶非均匀性的限制。数值模拟结果表明：在大气温度三种分布模型和气溶胶波长指数三种分布模型下几何因子反演的最大相对误差小于0.5%。根据实际激光雷达信号反演得到了系统的几何因子。

在AML-2车载测污激光雷达中,对装有不同气体的拉曼管进行拉曼激发获得相应的强、弱吸收关波长。针对差分雷达激光发射光路转换的特点及提高雷达监测的实时性能要求,基于激光偏振调制原理提出了激光雷达光路分束设计的新方法,对该方法可行性进行了理论分析,并对改进光路的能量损失进行了估算,模拟结果显示改进后的系统延长了仪器的使用寿命,提高了测量的实时性。为提高差分激光雷达实时监测性能提供了一种新方法。

纯转动拉曼测温激光雷达中采用双光栅单色仪结构的优点是能提供优于10-7抑制比, 能够很好地抑制瑞利-米氏散射, 得到纯度很高的转动拉曼谱, 并且能够提高光的透射率, 具有长期稳定性, 但双光栅单色仪的光路结构复杂一直是系统中的难点。首先对两种光栅光路结构进行讨论, 得出光纤对称式光栅光路结构对于光栅效率的利用要优于光纤直线排列式光路结构, 并通过对光栅公式和转动拉曼光谱公式结合, 推导出光栅闪耀级次和衍射角关系方程。当光栅常数为600 line/mm时, 其第5级为最佳闪耀级次。

介绍了运用差分吸收激光雷达技术探测臭氧的原理，给出了车载测污激光雷达(AML－2)的系统结构，从垂直、水平、二维扫描等方面分别给出了AML－2探测近地面层臭氧的典型结果和时空分布图，并对其进行了分析。对研究近地面层臭氧时空分布规律和环境污染监测有着重要的意义。

为有效地控制温室效应和气候剧变，准确可靠地监测CO₂气体的变化就变得十分重要。拉曼雷达测量大气中CO₂气体含量是一种技术先进的可靠方法。介绍了利用气体的拉曼散射效应来测量CO₂含量分布的拉曼激光雷达，分析了拉曼雷达的基本原理，设计了具体的实验检测系统，介绍了实验系统各工作件参数情况。对拉曼雷达的回波信号的反演方法进行了具体阐述，初步取得了大气中CO₂气体含量分布规律，合肥地区的二氧化碳气体含量大约在350～400ppmv范围内波动。