报道了一种激光二极管端面连续抽运的稳定单频主动调Q Nd∶YVO₄激光器。采用RBG与标准具组合的方式获得了稳定的高功率单频激光输出。RBG既作为输出耦合镜,又作为纵模选择元件,与标准具组合可进一步抑制多纵模,增长谐振腔的光学腔长,获得高功率输出。通过优化标准具的倾斜角度,可使标准具与RBG的中心波长匹配,并减小腔内插入损耗。最终在物理腔长为148.7 mm的条件下,获得了功率为750 mW,脉冲能量为75 μJ@10 kHz,脉宽为8.3 ns的稳定的高功率单频激光输出。

直接探测多普勒测风激光雷达系统大多采用基于Fabry-Perot(F-P)标准具的条纹技术和边缘技术测量多普勒频移。但激光器频率漂移会使得透过率曲线的估计出现一定误差, 为了抑制其影响, 提出了一种基于谱估计的F-P标准具透过率曲线参数估计方法。首先将标准具全量程扫描结果进行重构得到观测矩阵。之后使用MUSIC算法得到透过率曲线的伪谱。对伪谱进行谱峰搜索后, 将得到的谱峰位置进行线性拟合得到自由谱间距。然后将上步的拟合结果代入透过率函数, 利用非线性最小二乘法对其他参数进行估计。在仿真分析的基础上, 采用真实测量数据进行了实验验证。结果表明所提出的方法在扫描步点间隔达到50、信噪比大于10 dB的情况下, 估计差小于1%。该算法扫描时间短, 估计误差小, 具有实际应用价值。

对基于法布里珀罗(F-P)标准具四边缘技术的双频率多普勒测风激光雷达进行研究。简要分析了F-P标准具四边缘双频率风速测量原理。详细介绍了基于F-P标准具四边缘双频率多普勒激光雷达系统结构。对发射激光双频率间隔、入射光束发散角、标准具有效口径和标准具干涉平板反射率等参数进行了详细的优化设计。 根据选取的系统参数，对多普勒激光雷达系统的探测性能进行了仿真。仿真结果表明：晴天天气条件下，在±25 m/s的径向风速测量动态范围内，在满足径向风速误差小于2 m/s的情况下，当发射激光仰角为60°、距离和时间分辨率分别为60 m和1 min时，系统在晚间和白天的探测高度分别可达到8 km和6.5 km。系统在晚间的整体探测性能明显要优于基于F-P标准具双边缘技术的多普勒测风激光雷达系统。同时，系统的探测性能受天空背景噪声的影响较大，系统在白天工作时应采用窄带宽的滤光片以提高系统的探测性能。

Fabry-Perot标准具是532 nm多普勒测风激光雷达的核心部件,其参数和加工精度直接影响整个系统的灵敏度和风 速测量的精度。对不同波长的回波信号进行模拟,分析所选测量激光波长532 nm的原因。通过对系统的灵 敏度和测量精度进行分析,优化设计标准具的主要参数,分析认为,标准具的自由光谱区为9 GHz,带 宽1.75 GHz,两边缘通道峰值间隔4 GHz,锁定通道与边缘通道峰值间隔为1.125 GHz时,系统的灵敏度 和测量精度最优。通过模拟计算标准具的主要缺陷对透过率的影响,确定标准具的表面加工精度要 求5 nm,平行调节时腔长的最大差值要求小于10 nm。

为了精确观测平流层风场, 采用F-P标准具作为瑞利散射测风激光雷达多普勒频率检测的核心器件, 对F-P标准具多普勒频率检测原理进行了理论分析, 从分析最大设计高度时的测量误差着手, 优化选取标准具透过率曲线参量; 介绍了透过率曲线参量的校准过程和校准方法, 分析了导致透过率曲线的半峰全宽增大的原因、透过率曲线校准精度对速度灵敏度及系统探测误差的影响; 并通过实验对设计和校准结果进行了验证。结果表明, 由于透过率曲线的半峰全宽增大, 导致速度灵敏度下降了0.118%/(m·s-1); 40km高度处, 在测量信噪比大于10的条件下, 径向速度测量精度增大2m/s。

为了获得更为准确的大气风速廓线，使用国内首台基于三通道Fabry-Perot标准具的瑞利散射测风激光雷达进行风场测量，提出了根据实测数据及时调整标准具位置的激光频率反演方法。此方法有效减小了激光频率漂移和抖动造成的反演误差，同时对传统风速算法进行了改进。利用非线性迭代算法处理数据，通过对两种算法处理结果的比较，发现迭代算法具有更高的反演精度。使用非线性迭代算法对三通道瑞利散射多普勒测风激光雷达风场测量数据进行处理，得到了10km~40km的大气风速廓线。结果表明，此种风速反演算法切实可行，并提高了反演精度。

设计了采用532 nm 种子注入稳频钇铝石榴石(YAG)激光器作为辐射源的基于四通道法布里-珀罗标准具的瑞利和米散射测风激光雷达系统。介绍了激光雷达的多普勒测量基本原理；给出了雷达系统的主要参数, 重点对基于分子后向散射信号的外侧双通道标准具的带宽、自由谱间距、峰值间距等指标进行了详细设计与分析, 确定了内侧双通道标准具参数；对全系统速度灵敏度、信噪比与探测距离的关系进行了理论模拟。结果表明,可以实现从边界层至对流层高低空一体化探测。

介绍了自行研制的米散射多普勒激光雷达的系统结构。针对系统存在的问题, 对接收机子系统、工作时序、扫描方式等方面作了改造。实验结果表明：改造后系统光学鉴频器的频谱稳定性提高了2.8倍；消除了系统近距离的探测盲区；在0~2.5 km的高度范围内, 当垂直距离分辨力为21.2 m、脉冲累积数为9 000发时, 改造后的米散射多普勒激光雷达系统连续30 min测量的水平风速大小和方向的标准偏差的最大值分别小于1 m/s和18.3°, 平均值分别小于0.43 m/s和7.7°；与探空仪的风场对比测量结果吻合得很好；当每个径向脉冲累积数为1 000发时, 采用四波束扫描获得的2 km以下东西方向径向风速的相关系数为0.99, 偏差为-0.038 m/s, 标准偏差为1.34 m/s。

介绍了多普勒测风激光雷达运行控制的设计与实现，包含对激光器、二维光束扫描单元、双FabryPerot标准具和光子计数卡的控制。运行控制软件采用Microsoft Visual Basic++6．0语言编写，界面简洁，操作方便，实现了多普勒测风激光雷达系统的长时间无人看守连续工作。

高时空分辨率的大气风场探测对提高数值天气预报的准确性、大气动力学过程的研究、气候研究等具有很重要的意义.介绍了基于双Fabry-Perot标准具的直接接收激光多普勒测量原理.提出了40 km的高低空大气风场同时观测的技术方法.给出了利用大气气溶胶和分子散射信号的Mie Raylei曲多普勒测风激光雷达的系统结构,并分析了工作波长、望远镜口径、扫描天项角和标准具参数等激光雷达系统参数.研究了扫描角度误差、气溶胶后向散射信号、大气温度对风场探测精度的影响.分析了雷达系统的总体性能,得出在40 km高度处,当距离分辨率为500 m、时间分辨率为30 min时,水平风速探测精度优于6 m,s,可以满足有关应用的要求.