差分吸收NO2激光雷达光源的设计与实现

刘秋武,陈亚峰,王　杰,王晓宾,曹开法,黄　见,胡顺星*

(1.中国科学院 安徽光学精密机械研究所 大气光学重点实验室，合肥 230031；2.中国科学技术大学，合肥230026；3. 韩山师范学院 物理与电子工程学院，潮州 521041)

引　言

二氧化氮(NO2)是大气中重要的污染气体，对人体和动植物都有毒性作用。当浓度约200μg/m3时会影响人体呼吸困难，500μg/m3时会对植物造成破坏。NO2也是形成酸雨、酸雾及光化学烟雾的主要污染物。NO2的来源主要来自煤炭石化燃料的燃烧、汽车尾气和化工厂的排放气体。随着我国工业化进程的快速发展，对煤、石油等能源的需求和汽车数量的日益增加，NO2对环境的影响也越来越严重。对大气污染的监测，越来越受到人们的重视。

差分吸收激光雷达是根据目标气体对探测光束的吸收特性来测量的。相对于大气中的O3和CO2，NO2的含量更低，探测难度较大。为提高测量精度和系统稳定性，并满足多波段多大气成分主被动综合探测系统(atmospheric profiling synthetic observation system,APSOS)项目中大气SO2和NO2测量精度的要求，中国科学院安徽光学精密机械研究所采用染料激光器作为光源，研发新一代激光雷达。本文中介绍差分吸收激光雷达的探测原理、波长的选择、光源的设计与实现，最后给出探测NO2浓度分布的实验结果。

1　差分吸收激光雷达原理

差分吸收激光雷达是利用大气分子和气溶胶对发射光束的吸收和散射进行测量的。假设P(R)为距离R处的激光雷达回波信号，波长为λ的发射光束功率为P0(λ)，在距离R处大气后向散射系数和消……