利用2011~2013年期间60 h的钠荧光多普勒激光雷达温度和风场数据, 采用矢端曲线法提取廊坊上空85~95 km中层顶区域准单色惯性重力波的所有参量,并统计准单色大气重力波的活动特性。获得的85次准单色重力波事件中, 上传(下传)重力波64次(21次), 占总数的75.29%(24.71%)。垂直波长(水平波长)和观测周期平均值分别为6.6 km (727.8 km)和7.4 h, 分别集中在6~9 km(200~800 km)和2~7 h, 固有周期平均值为7.76 h, 主要集中在3~9 h, 水平传播方向分布比较均匀, 没有占主导的传播方向。对于上传重力波, 水平背景风在大气重力波水平传播方向上的分量取正值和取负值的概率大致相等, 但对于下传重力波, 该风场分量取正值的概率大约是取负值的2倍, 说明观测到的下传大气重力波在中层顶区域多为顺风传播。

利用了中国科学院临近空间环境野外综合探测站(廊坊, 39°N, 116°E)的钠荧光多普勒激光雷达和流星雷达的探测数据对廊坊上空大气重力波引起的偶发钠层(SSL)进行了研究。首先从大气重力波方程出发, 计算分析了大气水平风剪切和垂直风场之间的相位关系; 其次利用了钠荧光多普勒激光雷达和流星雷达的实测数据对大气重力波引起的偶发钠层进行了分析研究; 经研究分析可知, 由于大气重力波引起强的水平风切变和垂直风场风向反转的共同作用, 其堆积效应使得钠原子密度增强, 形成了偶发钠层。

星载激光雷达可以获取全球的高精度地球探测数据, 在对地观测中起到越来越重要的作用。介绍了美国和欧洲星载激光雷达的发展历程。从探测原理、探测系统和探测结果等方面分别对地球激光测高系统星载激光雷达、正交偏振云-气溶胶星载激光雷达以及大气激光多普勒测风星载激光雷达进行了详细介绍。并对3台星载激光雷达的接收望远镜的结构和材料进行了分析。可以为我国星载激光雷达的研究提供参考。

为了防止中国科学院临近空间环境野外综合探测站(廊坊, 39°N, 116°E)的钠荧光多普勒激光雷达在可重新部署运输过程中震动对激光雷达系统的不良影响, 保证系统测量的稳定性和精度, 文中主要对钠激光雷达接收系统进行了减震设计。首先选用了空气悬挂车载底盘和对望远镜的主镜运输以及望远镜安装运输平台等进行了三级减震设计, 通过仿真模拟表明通过减震设计的望远镜安装运输平台冲击位移小于望远镜的主镜运输减震设计要求; 其次通过跑车实验表明通过减震设计主镜室的最大振动加速度满足望远镜运输条件设计输入要求; 最后通过钠荧光多普勒激光雷达系统的观测实验进一步验证了在长途运输中减震设计的可靠性。

中国科学院国家空间科学中心(空间中心)研制的532 nm 多普勒激光雷达主要用于测量临近空间的大气风场、温度和密度等参数。获得单一的、稳定频率的出射激光是该多普勒激光雷达正常运转的关键技术。该激光雷达采用种子注入技术来获得单模的脉冲光, 并通过将种子激光锁定在碘分子吸收线的方法来获得稳定的激光频率。调节种子光频率的方法有压电换能晶体(PZT)调节和温度调节两种机制。PZT调节的特点是调节速度快但调节范围窄, 而温度调节的响应速度慢但调节范围大。通过协调两种调频机制, 并利用比例-积分-微分(PID)控制算法, 设计了一套长期稳定的锁频系统。该系统大大降低了对采集卡输出电压范围的要求, 并可以使长时间的、大范围的频率漂移由调频较宽的温度调节来响应, 而瞬时的频率漂移由响应速度较快的PZT调节来响应, 从而保证了系统的长时间运行。该稳频系统的稳频精度可以达到350 kHz。连续工作时长可达20 h以上。

为了解决非注入状态激光脉冲对非相干多普勒激光雷达测风结果可靠性的影响, 利用注入与非注入状态激光脉冲建立时间不同的原理, 设计和实现了一种脉冲激光种子注入状态检测器, 其时间测量精度为45ps, 测量时间范围为3.5ns~2500ns, 最高脉冲重复频率为1kHz。利用该检测器对某型号Nd∶YAG脉冲激光器进行了种子注入状态检测实验, 结果显示注入（非注入）状态脉冲建立平均时间为123.27ns（134.44ns）, 1.35h内非注入状态激光脉冲占总激光脉冲比例为8.54%。结果表明, 该脉冲激光种子注入状态检测器能够有效地检测出非注入状态的激光脉冲, 对于提高激光雷达测风可靠性具有潜在的价值。

建立了用于测量钠原子光谱的无多普勒饱和荧光光谱测量系统。在该系统中使用了线宽约100 kHz的窄线宽染料激光器和光电二极管探测器。钠泡温度控制在65 ℃。两束相向传播的激光束在钠泡中重叠共同激发荧光。光电二极管被放置在钠泡的侧面接收、探测激发的荧光。LabVIEW软件控制的数据采集卡采集光电二极管的信号。通过扫描染料激光器的激光频率,可以观测到钠原子的无多普勒特征D2a,交叉共振以及D2b。当激光频率扫描的步长约为2 MHz时,在实验中观测到了D2a中的三条谱线。

The sensitivity of Doppler wind lidar is an important parameter which affects the performance of Doppler wind lidar. Aerosol scattering ratio, atmospheric temperature, and wind speed obviously affect the measurement of Doppler wind lidar with iodine filter. We discuss about the relationship between the measurement sensitivity and the above atmospheric parameters. The numerical relationship between them is given through the theoretical simulation and calculation.