1 解放军陆军军官学院基础部, 安徽 合肥 230031
2 合肥工业大学电子科学与应用物理学院, 安徽 合肥 230009
3 中国科学院安徽光学精密机械研究所中国科学院大气成分与光学重点实验室, 安徽 合肥 230031
4 中国科学技术大学环境科学与光电技术学院, 安徽 合肥 230031
为了给环保部门防控大气污染提供科学依据，联合侧向和后向散射激光雷达系统对近地面气溶胶后向散射系数廓线进行高分辨率探测。分析发现，近地面气溶胶后向散射系数廓线随高度变化不尽相同，大致分为4种情况：多层结构、随高度升高而增加、随高度升高而减小以及不随高度变化。分析了连续两个夜晚的气溶胶后向散射系数廓线随时空的变化情况，并对2014年3月至2015年2月合肥西郊82个夜晚数据进行了统计分析，得出近地面气溶胶后向散射系数廓线按季节的分布规律。
大气光学 后向散射系数 侧向散射激光雷达 大气气溶胶
1 中国人民解放军陆军军官学院基础部物理教研室, 安徽 合肥 230031
2 中国科学院安徽光学精密机械研究所中国科学院大气成分与光学重点实验室, 安徽 合肥 230031
3 中国科学技术大学环境科学与光电技术学院, 安徽 合肥 230031
反演PM2.5(直径小于2.5 μm的颗粒物)质量浓度廓线，不仅可以估算污染物的柱浓度，还可研究污染物在空间的扩散规律，为防控大气环境污染提供科学支撑。假设在大气边界层内一次PM2.5质量浓度廓线的探测过程中，气溶胶的种类和成分保持不变，则根据地面上气溶胶消光系数与PM2.5质量浓度之间的比例关系，即可把激光雷达反演出的消光系数廓线转化为PM2.5质量浓度廓线。分析了两个晚上PM2.5质量浓度廓线个例及其随时空变化的情况，并对2014年3月至2015年2月探测到的82个晚上的数据按季节进行平均，获得了PM2.5质量浓度廓线的季节平均值。
大气光学 PM2.5质量浓度 侧向散射激光雷达 后向散射激光雷达 气溶胶消光系数
1 解放军陆军军官学院基础部物理教研室, 安徽 合肥 230031
2 中国科学院安徽光学精密机械研究所中国科学院大气成分与光学重点实验室, 安徽 合肥 230031
3 中国科学技术大学, 安徽 合肥 230031
分析了气溶胶消光系数和PM2.5 质量浓度之间的关系，提出了利用电荷耦合器件(CCD)侧向散射激光雷达系统和PM2.5 颗粒物探测仪相结合，反演PM2.5 质量浓度廓线的方法。通过个例研究，得出了在相对湿度变化不大时，地面上PM2.5 质量浓度和气溶胶消光系数成线性关系；分析了2014 年4 月13 日和2014 年12 月16 日合肥西区董铺岛PM2.5质量浓度廓线特征：随时间变化，在空间上是有结构的，在紧贴地面有较重的污染物层。探测实验结果表明基于CCD的侧向散射激光雷达和PM2.5 颗粒物探测仪相结合是探测近地面污染物质量浓度廓线行之有效的新方法。
大气光学 侧向散射激光雷达 气溶胶消光系数 PM2.5 质量浓度 激光与光电子学进展
2015, 52(11): 110102
1 解放军陆军军官学院基础部物理教研室, 安徽 合肥 230031
2 中国科学院安徽光学精密机械研究所中国科学院大气成分与光学重点实验室, 安徽 合肥 230031
气溶胶是大气中污染物PM2.5 和灰霾的主要成分，近地面的气溶胶直接影响人们的生活和生产。利用电荷耦合器件(CCD）侧向散射激光雷达系统和相应的反演方法，对探测到的数据进行处理和分析。与后向散射激光雷达对比，验证了CCD 侧向散射激光雷达探测结果的正确性。分析了2014年4月合肥西区董铺岛3 km 高度范围内气溶胶后向散射系数的特点：随时间和高度变化；天气晴好时，地面上后向散射系数与地面站PM2.5质量浓度成正比；紧贴地面有一层较厚气溶胶。实验探测结果表明基于CCD 的侧向散射激光雷达是探测近地面气溶胶浓度的一种有效的新方法。
大气光学 气溶胶后向散射系数 侧向散射激光雷达 电荷耦合器件 PM2.5质量浓度
解放军陆军军官学院 基础部物理教研室, 合肥 230031
通过分析CCD成像特点, 设计了侧向散射激光雷达几何标定实验, 得到CCD各像元的角宽度, 并确定了CCD像元与散射光位置之间的对应关系.对两次实验中采集的回波信号进行标定, 并分别与POM02进行相函数比对、与后向散射激光雷达进行探测信号比对, 结果表明：相函数廓线和POM02测量结果相吻合;侧向散射激光雷达信号与后向散射雷达的距离修正信号在650 m以上的变化趋势一致.侧向散射激光雷达弥补了后向散射激光雷达在近地面段不能探测气溶胶的不足, 该标定方法可靠, 为进一步利用侧向散射激光雷达研究近地面气溶胶的时空分布奠定了坚实的基础.
大气散射 激光雷达 气溶胶 像元 电荷耦合器件 Atmospheric scattering Lidar Aerosols Pixels Charge Coupled Device(CCD)
1 陆军军官学院研究生管理大队, 安徽 合肥 230031
2 陆军军官学院军用光电工程教研室, 安徽 合肥 230031
针对光纤Mach-Zehnder干涉 (MZI) 受环境影响的稳定性问题,设计了光纤MZI实验装置。 从理论上分析了光纤MZI的输出光强,并给出了实验验证,由示波器直观地显示出光纤MZI的稳定性 与环境的关系以及相位调制对干涉的影响等。为了解决振动噪声、温度变化等环境因素导致的光纤MZI不稳定, 设计了一种新的相位补偿方案,即用两个 2×2 光纤耦合器的输出,实现相差检测及反馈控制。
激光技术 相位补偿 光纤Mach-Zehnder干涉 相位调制 laser techniques phase compensation optical fiber Mach-Zehnder interferometer phase modulation
1 陆军军官学院研究生管理大队， 安徽 合肥 230031
2 陆军军官学院防空兵系， 安徽 合肥 230031
3 陆军军官学院基础部， 安徽 合肥 230031
根据Fraunhofer衍射理论，建立了基于相位调制的二维M×N激光相干阵列的远场光强分布理论模型。结合应用实际，对5×5激光相干阵列的远场光强分布进行数值模拟，分析了不同调制相位对远场光强分布的影响。结果表明，远场光强分布的主极大(小)的位置随调制相位变化，相对强度也随之变化；不同阵列结构，光强分布不同，每列(行)相邻两阵元上加载的相位差为π时，出现较多的主极大和次极大且对称分布。这些结果可为应用相位调制去控制远场光强分布提供有益的参考。
激光技术 相干光学 相干阵列 相位调制 远场光强分布 激光与光电子学进展
2013, 50(3): 031402
