齐鲁工业大学（山东省科学院）山东省科学院海洋仪器仪表研究所，山东 青岛 266100
液体环境中激光诱导击穿光谱（LIBS）包含等离子体辐射和膨胀、冲击波传输及气泡演化等过程，对其进行全过程时间分辨观测有助于理解液相LIBS物-化过程，并提高LIBS分析性能。为此，采用激光透射探针（LBTP）测量方法，通过连续氦氖激光器和光电探测器相结合，实现对单次LIBS过程中激光/等离子体辐射与冲击波/气泡演化的全过程时间分辨诊断。在不同激光脉冲能量激发下，比较同步采集的LBTP信号与LIBS信号，证明了LBTP信号负峰面积与LIBS特征峰面积之间存在较强的相关性（R2>0.99）。在此基础上，对于不同浓度的碱金属离子水溶液，利用偏最小二乘回归（PLSR）法建立了LBTP信号对光谱特征峰面积相对偏差的回归模型，实现了LIBS信号波动校正。
光谱学 激光诱导击穿光谱 液体环境 激光透射探针 光谱校正 激光与光电子学进展
2023, 60(7): 0730006
1 齐鲁工业大学（山东省科学院） 山东省科学院海洋仪器仪表研究所，山东青岛26600
2 中国极地研究中心，上海0010
3 中国科学院 精密测量科学与技术创新研究院，湖北武汉40000
设计了一种三方向激光分束及高精度指向调节系统，适用于钠荧光多普勒激光雷达高精度的激光光束方向指向控制，以便激光雷达在长距离观测的情况下实现信号的迅速、精确获取。根据光学系统的设计要求，阐述了用于高脉冲能量分束镜、反射镜的光学物理特性以及控制反射镜负载、方向应有的机械特性；采用6个高精度的步进电机结合6个高精度光学二维调节镜架能实现1.18°的角度行程，调节精度可达1.1'，且重复定位成功率达99.3%，实验结果满足高能激光发射系统对控制反射镜的精度要求；测试分束后的激光能量损失为11.6%，满足钠荧光多普勒激光雷达的激光能量发射要求。并编写了一套用于激光雷达分束及高精度指向调节系统的控制软件，实现了系统的远程自动化控制。
激光雷达 三分束 能量损失 高精度 自动化控制 lidar three beam energy loss high precision automatic control
1 中国科学院大气物理研究所 中层大气和全球环境探测重点实验室，北京 100029
2 中国科学院大学，北京 100049
3 中国极地研究中心 自然资源部极地科学重点实验室，上海 200136
4 武汉大学 电子信息学院，武汉 湖北 430072
5 山东省科学院海洋仪器仪表研究所，青岛 山东 266100
6 中国科学技术大学 中国科学院近地空间环境重点实验室，合肥 安徽 230026
7 中国科学院精密测量科学与技术创新研究院，武汉 湖北 430071
一套瑞利散射激光雷达已部署在南极中山站（69.4° S, 76.4° E）用于探测大气密度和温度。该激光雷达的光源为二倍频Nd:YAG脉冲激光器，重复频率30 Hz，单脉冲能量约400 mJ，同时使用一台0.8 m口径的垂直指向望远镜作为接收望远镜，可以探测平流层上层及中间层下层（USLM）区域的大气密度及温度廓线。在垂直分辨率为300 m，时间分辨率为30 min的情况下，由光子噪声引起的大气密度和温度测量不确定性分别小于1.5%和1 K。该激光雷达自2020年3月开始在中山站开展常规观测，有助于研究极区USLM区域的大气密度、温度的变化特征以及大气波动的传播特性。
Rayleigh scattering lidar atmospheric density and temperature Antarctica 瑞利散射激光雷达 大气密度和温度 南极 红外与激光工程
2021, 50(3): 20210010
1 齐鲁工业大学(山东省科学院), 山东省科学院海洋仪器仪表研究所, 山东 青岛 266061
2 青岛市环境保护科学研究院, 山东 青岛 266003
3 青岛市环境监测中心站, 山东 青岛 266003
采用长程差分光学吸收光谱技术,对青岛市海尔路和银川东路交叉路口的污染气体进行实时连续监测,获得2017—2018年大气主要污染物NO2、O3和 SO2的含量,并与附近环境监测站的同步监测数据进行对比。结果表明,二者具有很高的一致性,NO2和O3的小时平均结果相关系数分别为0.78和0.798,月平均结果相关系数分别为0.91和0.84,其中NO2的浓度分布呈现明显的早晚双峰特征。与实时获得的车流量数据进行相关性分析,结果显示:NO2浓度与交通流量呈强正相关,相关系数达到0.95;NO2浓度存在工作日高于周末的显著“周末效应”。
光谱学 差分光学吸收光谱 污染监测 交通排放 污染气体 激光与光电子学进展
2020, 57(9): 093003
齐鲁工业大学(山东省科学院),山东省科学院海洋仪器仪表研究所, 山东 青岛 266001
根据米散射理论,设计了以532 nm激光器为光源、CCD为探测器的极化浊度计。对粒径为2 μm的聚苯乙烯标准粒子(PSL)进行检测,得到了PSL的散射相函数,将其与偏振角为0°和90°的2 μm球形粒子的理论散射相函数进行对比,拟合度分别达到87.3%与88.4%。采用Chahine迭代算法反演得到PSL的粒径为1.94 μm,接近其真实值。将极化浊度计与宽范围颗粒粒径谱仪和扫描电镜的检测结果进行对比,结果表明,该装置检测精度高,且不受人为主观因素影响,对颗粒粒径的准确检测有重要意义,在相关领域应用前景较好。
颗粒粒径 电荷耦合器 米散射 散射相函数 激光与光电子学进展
2020, 57(9): 092902
1 齐鲁工业大学(山东省科学院), 山东省科学院海洋仪器仪表研究所, 山东 青岛 266001
2 中国气象局气象探测中心, 北京 100081
为了解雾霾天气条件下大气气溶胶的光学特性,利用多波长气溶胶激光雷达在北京海淀气象局的观测数据,反演得到了2017年11月4日至7日持续性雾霾期间大气气溶胶的消光系数、退偏振比和雾霾高度等参数,实现了在雾霾期间对大气的实时监测。结合探空资料数据获取的气象参数,并利用拉格朗日混合单粒子轨迹模式(HYSPLIT)分析了雾霾期间气团的路径来源和走向,分析得出,相对湿度增大、风速低以及逆温层的存在是雾霾形成和持续存在的重要因素。河北一带的污染物输送导致此次北京海淀区的雾霾形成,而西北风为污染物向上扩散消失提供了条件。
大气光学 多波长气溶胶激光雷达 雾霾 气溶胶光学特性 气象参数 后向轨迹追踪 激光与光电子学进展
2019, 56(24): 240101
1 齐鲁工业大学(山东省科学院), 山东省科学院海洋仪器仪表研究所, 山东 青岛 266100
2 云南大学大气科学系, 云南 昆明 650091
2017年7月至8月,使用微脉冲激光雷达与小型气溶胶后向散射探空仪在昆明开展了一个月的气溶胶垂直结构联合观测实验。对比2种仪器同步观测方法与探测后向散射比结果的异同,分析激光雷达和后向散射探空仪测量获得的气溶胶垂直分布特征。探测结果表明,两者具有较好的一致性,在1~4 km高度范围内,排除云层干扰后,2种仪器后向散射比测量结果的相关系数为0.87,方均根误差为0.752;观测实验表明,研制的微脉冲激光雷达为连续探测气溶胶垂直结构演化过程提供了有效手段,融合后向散射仪探空数据,可以减少微脉冲激光雷达数据反演中的假设参数,开展两者联合观测具有一定应用价值。
遥感 微脉冲激光雷达 气溶胶 后向散射比 后向散射探空仪 激光与光电子学进展
2019, 56(13): 132801
1 齐鲁工业大学(山东省科学院) 山东省科学院海洋仪器仪表研究所, 山东 青岛 266100
2 山东省海洋监测仪器装备技术重点实验室, 山东 青岛 266100
3 国家海洋监测设备工程技术研究中心, 山东 青岛 266100
4 中国海洋大学 信息科学与工程学院, 山东 青岛 266100
5 青岛海洋科学与技术国家实验室 区域海洋动力学与数值模拟功能实验室, 山东 青岛 266100
气溶胶在大气光学、大气辐射、大气化学、大气污染和云物理学等领域具有重要研究意义, 是大气监测的重要要素。为了更好地研究大气气溶胶光学特性及其时空变化特征, 山东省科学院海洋仪器仪表研究所研制了基于532 nm波长、单脉冲能量60 μJ、可进行三维扫描测量的气溶胶激光雷达。主要介绍了激光雷达的结构设计、技术指标、探测原理、探测模式、观测实验与数据分析。通过激光雷达在青岛小麦岛海洋环境监测站的观测实验数据, 分析了不同天气条件下的大气水平能见度, 验证了时间-高度显示、距离-高度显示与平面-位置显示测量模式的有效性。通过多种观测模式的数据, 利用Fernald方法反演了不同时刻的气溶胶消光系数, 并分析了气溶胶与云光学特性的时空变化特征。探测结果表明: 扫描式气溶胶激光雷达可以有效测量大气水平能见度, 通过扫描系统可以获取不同方向的气溶胶性质分布特征从而扩展了其探测范围。多种探测模式相结合可以获取云、气溶胶和边界层时空变化特征。
激光雷达 扫描式 气溶胶 能见度 边界层 lidar scanning aerosol visibility boundary layer 红外与激光工程
2018, 47(12): 1230009
孟祥谦 1,2,3,*潘新 1,2,3刘兴涛 1,2,3王秀芬 1,2,3[ ... ]王章军 1,2,3
1 齐鲁工业大学(山东省科学院), 山东省科学院海洋仪器仪表研究所, 山东 青岛 266001
2 山东省海洋监测仪器装备技术重点实验室, 山东 青岛 266001
3 国家海洋监测设备工程技术研究中心, 山东 青岛 266001
采用连续波半导体激光器为发射光源, 以电荷耦合器件(CCD)与鱼眼镜头为探测器, 设计了一套测量大气分子与气溶胶散射光成像的极化浊度计装置。该装置可实时观测大气样品的散射图像, 散射角观测范围为14°~162°, 极化角观测范围为0°~360°。利用该装置分别对氮气与水汽进行实时观测, 得到其散射图像, 其中氮气的散射光与瑞利散射理论相吻合, 不同极化角的散射光强与理论值的拟合优度为98%, 而水汽散射光随散射角的变化趋势与米氏散射理论的一致性较好。结果表明本装置在定量观测气溶胶散射光方面有潜在的应用价值。
散射 大气散射 极化浊度计 电荷耦合器件 米氏散射 瑞利散射
山东省科学院海洋仪器仪表研究所,山东省海洋环境监测技术重点实验室,山东 青岛 266001
针对大气气溶胶监测的迫切需要,研制完成了用于大气气溶胶和云的结构与光学特性研究的微脉冲激光雷达系统。 主要介绍了该激光雷达系统的结构和主要技术参数，发射系统采用重复频率为2.5 kHz、单脉冲能量为6 μJ的 二极管泵浦Nd:YAG激光器,接收系统采用20 cm口径的施密特-卡塞格林式望远镜、0.5 nm的窄带干涉滤光片及光子 计数模式的光电倍增管。利用本系统对青岛地区对流层的大气气溶胶进行了观测,观测结果表明,该系统具备连续 观测对流层大气气溶胶的能力,可以很好地反映气溶胶粒子的时间和空间分布特征。
微脉冲激光雷达 气溶胶 消光系数 micropulse lidar aerosol extinction coefficient
