1 中国科学院 合肥物质科学研究院安徽光学精密机械研究所, 安徽 合肥 230031
2 中国科学技术大学, 安徽 合肥 230026
为了优化气体受激拉曼散射系统, 采用理论与实验相结合的方法, 对气体受激拉曼散射现象进行了研究。根据受激拉曼基本理论计算了CH4和D2在不同气压下的拉曼增益系数, 然后采用输出能量为70 mJ的Nd∶YAG三倍频355 nm激光进行了受激拉曼散射实验, 测量了在拉曼池气体气压为1×105~2×106 Pa, 焦距分别为500, 750 mm下的斯托克斯光的输出能量。发现CH4拉曼增益系数随气体压力升高而增大; D2拉曼增益系数在1×106 Pa左右达到最大值, 之后不随气压升高而改变。实验结果表明, 在气体受激拉曼装置中, 合理选择拉曼池气体气压和耦合聚焦透镜的焦距, 即甲烷气体系统选择长焦距高气压, 氘气系统选择长焦距低气压。理论计算与实验结果基本一致, 此研究对NO2差分吸收激光雷达光源系统的优化有着很重要的作用。
受激拉曼散射 增益系数 气体气压 透镜焦距 stimulated Raman scattering gain coefficient gas pressure lens focal length 光学 精密工程
2019, 27(12): 2509
1 中国科学院安徽光学精密机械研究所环境光学与技术重点实验室，安徽合肥 230031
2 中国科学技术大学，安徽合肥 230037
激光雷达出现硬件故障时，会使回波数据的质量变差。目前，对由硬件故障造成的错误回波还缺乏比较有效的识别方法。对中国科学院安徽光学精密机械研究所自主研发的大气颗粒物监测激光雷达有硬件故障出现时的回波数据进行分析，根据硬件故障对雷达的回波波形、强度等回波信号信息的影响，采用模糊逻辑算法对大气颗粒物雷达的硬件故障数据进行识别检验。同时，为了降低对无故障数据的误判，分析被误判数据的回波特征，比较硬件故障数据和被误判数据在 300 m～500 m高度上对应的消光系数和信噪比均值，通过设置信噪比阈值来降低误判率。实验结果表明：应用此方法对外场运行的大气颗粒物监测激光雷达硬件故障数据进行识别，识别率为 94.6%，而误判率仅为 1.5%，证明该算法对硬件故障数据的识别有很好的效果。
激光雷达 模糊逻辑 隶属函数 信噪比 消光系数 LiDAR fuzzy logic membership function signal to noise ratio extinction coefficient
1 中国科学院环境光学与技术重点实验室, 中国科学院安徽光学精密机械研究所, 安徽 合肥 230031
2 合肥师范学院数学系, 安徽 合肥 230061
利用时间分辨荧光光谱技术, 研究了菲、 荧蒽、 芴、 蒽、 芘等五种多环芳烃的荧光时间分辨发射光谱特性。 以289 nm受激拉曼光作为激发光源, 研究了289 nm激发光作用下五种多环芳烃的延时特性和门宽特性。 并以多环芳烃随延时时间的荧光峰强度衰减关系曲线, 得到菲、 荧蒽、 芴、 芘的荧光寿命分别为370, 327, 109, 1470 ns。 不同荧光物质具有特定的荧光光谱特性, 多环芳烃时间分辨荧光光谱特性的研究可以为复杂水体中不同种类多环芳烃的诊断提供依据。
时间分辨荧光 多环芳烃 荧光寿命 Time-resolved fluorescence Polycyclic aromatic hydrocarbon Fluorescence lifetime 光谱学与光谱分析
2017, 37(6): 1793
1 中国科学院安徽光学精密机械研究所环境光学与技术重点实验室, 安徽 合肥 230031
2 中国科学技术大学, 安徽 合肥 230026
大气边界层高度对大气颗粒物污染具有重要的影响。为研究京津冀区域的大气边界层高度变化特征, 利用该地区多个站点的激光雷达数据, 进行了统计研究, 并将激光雷达观测值与美国国家气象局国家环境预报中心全球资料同化系统模式模拟结果进行了对比。观测数据表明, 京津冀地区的大气边界层具有明显的日变化特征和季节变化特征: 白天的大气边界层高度高于夜晚, 且边界层高值出现在14:00左右; 夏、冬季的大气边界层高度高于春、冬季; 冬季大气边界层高度有降低趋势。此外, 2014年11月多个站点由激光雷达测得的边界层高度的统计分析表明, 京津冀地区大气边界层高度在300~900 m之间, 且东南方向较高。
大气光学 大气边界层高度 激光雷达 气溶胶消光系数 激光与光电子学进展
2017, 54(1): 010101
Author Affiliations
Abstract
1 Key Laboratory of Environmental Optics and Technology, Anhui Institute of Optics and Fine Mechanics, Chinese Academy of Sciences, Hefei 230031, China
2 University of Science and Technology of China, Hefei 230026, China
3 Tianjin Key Laboratory of Air Pollution Prevention and Control, Tianjin Academy of Environmental Sciences, Tianjin 300191, China
A mobile vehicle lidar system has been developed and applied to detect urban air quality. On September 21 and 22, 2015, particulate matter observation with mobile vehicle lidar was carried out in the Binhai New Area of Tianjin. Combined with the latitude and longitude information acquired by a GPS, the three-dimensional distribution of the aerosol extinction coefficient was presented in the experimental area. Furthermore, the source, distribution, and the transportation path of the aerosols in the area were investigated based on lidar data, local meteorological data, and backward trajectory analysis. The results show that mobile vehicle lidar can detect the atmospheric aerosols and reflect the stereoscopic distribution properties of aerosols. The potential of this vehicle lidar system provides a new scientific basis for the study of the source, distribution, and transportation of atmospheric particles.
010.0010 Atmospheric and oceanic optics 140.0140 Lasers and laser optics 280.0280 Remote sensing and sensors 290.0290 Scattering Chinese Optics Letters
2016, 14(6): 060101
中国科学院安徽光学精密机械研究所环境光学与技术重点实验室, 安徽 合肥 230031
大气气溶胶对人类健康、环境和气候系统具有重要的影响.微脉冲激光雷达(MPL)是一种新型的探测大气气溶胶水平分布的有效工具,而消光系数的反演和误差分析是其数据处理的重要内容.为了探测近地面大气气溶胶的水平分布情况,采用分段斜率法和Fernald算法对合肥地区实测MPL水平数据进行了消光系数反演,并将反演结果进行了对比和误差分析.误差分析表明,分段斜率法和Fernald算法的误差分别主要来源于其理论模型和多个假设条件.虽然分段斜率法和Fernald算法应用于大气水平消光系数的反演都仍存在一定的问题,精确度有待提高,但都能在一定程度上反映出气溶胶粒子的时空分布特征,与前向散射能见度仪的测量结果相关性都能达到95%以上,具有一定的可行性.且相对来说,Fernald法更适用于大气非均匀分布情况下消光系数的反演.
激光雷达 水平消光系数 斜率法 Fernald算法 Lidar Horizontal extinction coefficient Slope Fernald 光谱学与光谱分析
2015, 35(7): 1774
中国科学院安徽光学精密机械研究所大气成分与光学重点实验室, 安徽 合肥 230031
差分吸收激光雷达是测量对流层臭氧时空分布的有力工具，利用差分吸收激光雷达在灰霾条件下开展观测研究，分析了臭氧浓度时空分布特征。结果表明：在夏季副热带高压大气天气条件下，受偏南风气团输送的影响，6月中旬形成一次高浓度的臭氧污染过程。6月14日夜间至6月15日中午离地面1.5~2 km高度的臭氧气团浓度(即体积分数)高达1.2×10-7以上，下午臭氧气团出现下沉，从而引起当日下午近地面臭氧浓度的升高。在灰霾天气过程中，细颗粒物与臭氧分布在不同高度上具有不同的关联特征，地面颗粒物充分参与了光化学反应过程，而高空高浓度的颗粒物和臭氧气体则与输送有关。晴朗天气下的臭氧浓度在整个空间尺度上都有不同程度的下降，并且没有出现明显的外部输入气团。
大气光学 差分吸收激光雷达 灰霾 臭氧浓度 副热带高压 中国激光
2014, 41(10): 1014003
1 中国科学院安徽光学精密机械研究所中国科学院环境光学与技术重点实验室, 安徽 合肥 230031
2 中国科学院大学, 北京 100049
交叉证认技术改进了基于经验模态分解(EMD)的激光雷达回波信号降噪方法。该方法在对激光雷达回波信号噪声特性和经典降噪方法缺陷进行研究的基础上，利用交叉证认技术自适应地识别雷达回波信号中的信号层和噪声层，再通过经验模态分解算法分离噪声和重构信号。通过仿真数据和实测雷达信号对比分析，该方法能够自适应地选择本征模函数中的信号层数，不但有效地滤除了各种随机噪声，而且保留了信号的有效信息特征，减少了信号损失，进而提高了后续数据处理的准确度。
信号处理 激光雷达 降噪 经验模态分解 交叉证认 中国激光
2014, 41(10): 1014001
中国科学院安徽光学精密机械研究所环境光学与技术重点实验室, 安徽 合肥 230031
重点设计了微脉冲激光雷达(MPL)系统的后继光学单元，是一种新型的设计。使用收发一体Y型光纤束改变传统的激光雷达后继光学结构，实现系统的收发同轴设计。分析了新型微脉冲激光雷达在合肥地区实验观测结果，利用分段斜率法反演气溶胶水平消光系数，获得了大气能见度及变化特征，具有明显的日变化特征，并与HW-N1型前向散射式能见度仪测量结果进行了对比，二者相关系数达到0.81。此外，理论误差分析结果也表明当能见度在10 km以下时MPL的测量误差小于20%。说明了该MPL系统能够实现对大气水平能见度的有效测量。
测量 激光雷达 水平能见度 光纤 消光系数
