实验室简介
环境监测实验室
发布时间:2019-07-05     作者:   分享到:

一、实验设备

仪器设备:多波长-拉曼激光雷达,近红外高光谱激光雷达,米散射激光雷达,宽范围粒径谱仪

二、实验状况

能连续实时监测大尺度范围气溶胶颗粒物、探测雾霾、沙尘暴的空间分布、监测宽粒径范围的气溶胶粒径谱分布、PM2.5、PM1及PM10等参量。多套激光雷达实验系统为综合光机电一体化的高端实验设备和实验仪器,涉及激光技术、光学设计、微弱光电探测技术、光纤设计及机械设计、大气科学等多学科知识,为培养仪器科学与技术、光学工程等专业的技术人才提供了良好的实验条件,培养研究生和本科生的动手能力和实验能力。

实验涉及的课程:工程光学、激光雷达技术、光电检测技术、激光技术、信号与系统、机械设计基础

实验项目:1、微弱光光电探测实验

2、PM2.5、PM1及PM10探测实验

3、高效率分光系统设计

4、大气环境探测实验

5、微物理参量反演技术

三、多波长-拉曼激光雷达

研制单位:西安理工大学激光雷达团队自主研发

主要功能:探测高度6km以下气溶胶空间分布、355nm/532nm/1064nm三个波长的消光系数和后向散射系数、PM2.5/PM1垂直高度发分布

实验系统描述:波段(355nm/532nm/1064nm)拉曼激光雷达,系统包括四个部分整体系统框图如下图1所示发射光源采用镭宝SGR系列Nd:YAG激光器,经过二倍频晶体三倍频晶体输出355nm、532nm和1064nm三个波长的激光激光出射后经过45度全反镜反射进入大气中,激光进入大气中后与气溶胶和大气分子发生光散射效应,利用牛顿式望远镜接收大气后向散射光信号,将接收到的光经过汇聚,利用光纤导入分光系统中进行分光处理。经过光纤后的光束先经过准直镜变为准直光,准直光束通过前置二向色镜BS1将回波信号分为两路一路为355nm-430nm光信号,一路为430nm-1064nm光信号。前一路光信号再经过后置二向色镜BS2,分离的355nm光信号和387nm光信号再分别通过窄带滤光片后,最终经由聚焦镜分别将信号汇聚到PMT的感光面上后一路光信号再经过二向色镜BS3将信号再次分离为532nm-607nm可见光和853nm-1064nm近红外光。可见光经过二向色镜BS4,将532nm米散射信号与607nm拉曼散射信号分离后分别利用窄带滤光片和聚焦镜将信号汇聚到PMT中。近红外光1064nm后利用窄带滤光片提取,经过聚焦后直接由APD接收。

 

图1 多波长-拉曼激光雷达实验系统图

 

 

 

2 多波段拉曼激光雷达实验系统实物图与外场工作状态图

 

四、近红外高光谱激光雷达

研制单位:西安理工大学激光雷达团队自主研发

主要功能:5km以下1064nm光学参数、雷达比信息

系统描述:系统由激光发射系统、望远镜接收系统、分光系统、频移监控系统、光电探测系统、数据采集系统组成。发射光源采用Nd:YAG固体激光器,经种子激光(Seeder)注入后输出单纵模激光,激光出射后经过5:95透反镜后再经全反镜反射进入大气中,与气溶胶和大气分子相互作用产生米和瑞利后向散射信号,并利用牛顿望远镜进行接收,通过多模光纤耦合到分光系统中,经过准直模块变为发散角小于0.5mrad的准直光束,放置1nm的窄带滤光片在准直光路中,滤除背景散射光。利用7/3分束镜将回波信号分成两路,一路经FPE后,米信号和瑞利信号分离,最终聚焦镜将米散射信号汇聚到APD的感光面,另一路经过聚焦后直接由APD接收。为保证FPE工作的稳定性,采用高精度的温控装置对FPE的中心频率漂移进行控制。

 

   

 

  

3 近红外高光谱激光雷达实验系统