连续波差分吸收激光雷达探测路径大气CO2平均浓度

洪光烈; 梁新栋; 刘豪; 章桦萍; 舒嵘

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大气二氧化碳作为最重要的温室气体之一,它的变化和分布备受关注,差分吸收激光雷达(DIAL)系统是探测大气二氧化碳浓度的重要手段,对于研究温室气体的源和汇具有重要意义.主要研究正弦调制连续波差分吸收激光雷达在水平路径上探测CO2平均浓度,利用HITRAN数据库中CO2及H2 O的吸收光谱,综合考虑CO2的吸收截面及H2O的干扰,选择差分吸收激光雷达的工作波长On-line:1572.335 nm,Off-line:1572.180 nm;声光调制器取代电光调制器对连续波激光强度进行正弦波调制,两路调制信号频率有细微差别,其中On-line调制频率为101.833 kHz,Off-line调制频率为99.733 kHz;On-line光源激光器通过光谱调制技术将激光频率锁定在气体池吸收峰1572.335 nm处,并采用在相位调制器上施加直流偏置反馈电压来消除相位调制器的残余幅度调制(RAM),使波长锁定精度大幅提高,激光频率锁定系统实现On-line光源激光器在12小时输出波长均方根误差为0.05 pm;在CPU中实现快速傅立叶变换获取回波光信号和发射监视端激光强度的功率谱,并选择窗函数和频谱校正算法来提高计算精度;通过调制连续波激光强度的正弦波相位鉴别获取路径的长度;系统光路为光纤光路,使其结构紧凑;对系统进行外场实验和对比实验;获取上海市区1.3 km路径上二氧化碳平均浓度,实验数据显示系统观测精度为4 ppm(百万分之一),且探测到的CO2日变化趋势与二氧化碳点探测器LI-7500A探测到的日变化趋势相吻合.

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来源
《光谱学与光谱分析》 |2020年第12期|3653-3658|共6页
作者
洪光烈; 梁新栋; 刘豪; 章桦萍; 舒嵘;
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作者单位

中国科学院空间主动光电技术重点实验室中国科学院上海技术物理研究所上海 200083;

中国科学院空间主动光电技术重点实验室中国科学院上海技术物理研究所上海 200083;

中国科学院大学北京 100049;

中国科学院空间主动光电技术重点实验室中国科学院上海技术物理研究所上海 200083;

中国科学院空间主动光电技术重点实验室中国科学院上海技术物理研究所上海 200083;

中国科学院大学北京 100049;

中国科学院空间主动光电技术重点实验室中国科学院上海技术物理研究所上海 200083;

中国科学院大学北京 100049;

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原文格式 PDF
正文语种 chi
中图分类吸收光谱;
关键词
路径积分差分吸收激光雷达IPDA; CO2柱浓度(混合比); 声光强度调制; 激光频率锁定; 激光相位测距;

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