解调算法是干涉测量的关键技术之一,通过初步搭建的光纤式光热干涉装置对相位载波解调算法进行了仿真与实验研究。介绍了装置采用的单光路垂直反射式干涉结构,阐述了相位载波调制解调的机理,并利用光纤式光热干涉装置,通过向压电陶瓷施加不同电压来模拟实际大气气溶胶吸收情况完成对相位载波算法解调能力的检验,并与不同质量浓度NO2标准气体下的实测相位信号、仿真解调相位信号和通过干涉条纹计算法获得的结果进行对比验证,证明相位载波解调算法可以满足光纤式光热干涉气溶胶吸收测量装置的信号解调工作的要求。

大气气溶胶粒子吸收虽然一般比较微弱，但对地球辐射收支平衡、高能激光在大气中的传输具有重要影响，因而该吸收特性的准确测量越来越受到重视。针对光热测量技术，通过分析气溶胶因吸收激励激光能量产生的温度分布和折射率变化，给出了光热干涉的相位变化量与有效吸收系数、作用时间的关系；阐述了利用相位载波(PGC)算法获得相位变化信息的方式；以强、中、弱3种吸收特性的气溶胶为例，说明了不同激励激光波长下的光热效应；通过仿真计算及误差分析，展示了PGC 算法在解调精度和抗噪上的优势；对解调算法进行了初步的实验验证。

利用云和气溶胶粒子的光学特性软件包(OPAC)对陆地型、海洋型、沙漠型和极地型四种典型类型气溶胶的吸收光学厚度进行了计算统计分析, 根据每一种类型气溶胶成分的差异, 分析了气溶胶吸收光学厚度随波长及相对湿度变化的规律, 建立了四种典型类型气溶胶吸收光学厚度与波长、相对湿度的定标关系。气溶胶吸收光学厚度随波长的幂指数衰减规律并不是在所有波长范围内均满足, 不同类型的气溶胶, 其适用的范围不同；气溶胶吸收光学厚度随波长和相对湿度的变化主要受气溶胶成分影响, 相对湿度的增大会导致气溶胶吸收特性的降低, 并会对吸收Angstrom指数造成影响。根据建立的气溶胶吸收光学厚度的定标关系, 可由气溶胶激光雷达等设备实测的某一波长的光学参量计算光电系统对应波长、不同相对湿度情况下的光学特性。

光热干涉法可在保持大气气溶胶状态不变的前提下直接测量其吸收系数,具有灵敏度高、响应速度 快和测量结果不受散射光影响等优点。详细阐述了光热干涉法测量气溶胶吸收系数的基本原理。 通过对几种典型光热干涉仪的剖析,包括Mach-Zehnder干涉仪、Fabry-Perot干涉仪、Jamin干涉仪 和折返Jamin干涉仪,介绍了该方法不断完善的研究历程以及仍然待解决的问题。描述了在借鉴和 创新基础上,正在开发的全光纤结构光热干涉试验装置。分析了光热干涉法的未来发展趋势。

研究了气溶胶粒子的光热敏效应和热感应光致折射率变化， 提出了通过增加光热作用区个数来提高探测灵敏度及用低相干干涉法降低成本的方法。建立了光热低相干干涉法测量大气气溶胶吸收系数的数学模型，分析了干涉仪正交状态测量和干涉条纹细分探测两种方式下的探测灵敏度，讨论了低相干偏振干涉情况下的探测限。结果显示，在典型条纹细分情况下理论探测灵敏度可达1×10-6 m-1; 增加光热作用区m个，探测灵敏度理论值可提高m倍。理论和方法研究证明光热低相干干涉法具有可直接测量大气气溶胶吸收系数、在线原位、低成本，易于进行温度修正等优点。

差分法(extinction minus scattering)是气溶胶吸收系数的常用测量方法之一。针对气候变化对气溶胶吸 收系数的敏感性要求,理论分析了基于光腔衰荡光谱测量消光系数、散射系数的不确定度,推导了气溶胶吸 收系数的不确定公式,并讨论了不同气溶胶单次散射联合反照率下气溶胶吸收系数的不确定度值,为研究 大气气溶胶吸收对气溶胶辐射强迫以及气候强迫的影响提供参考。

通过对不同情况下参数测量误差导致的到靶激光平均功率密度变化的统计, 得到了大气参数精度对激光传输计算结果的影响。风速和气溶胶吸收系数测量误差主要来自热晕效应的影响, 热晕越强, 对计算结果的影响就越大。强热晕时, 风速±(5%～8%)的误差可导致计算结果约±10%的误差；气溶胶吸收权重±(10%～20%)的误差可导致计算结果约 10%的误差。强湍流弱热晕时, 大气相干长度±(5%～7%)的误差可导致计算结果约±10%的误差。