(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 20221012852 9.6 (22)申请日 2022.02.11 (71)申请人 中国科学院上海光学精密机 械研究 所 地址 201800 上海市嘉定区清河路390号 (72)发明人 刘继桥　夏腾腾　竹孝鹏　杨巨鑫　 (74)专利代理 机构 上海恒慧知识产权代理事务 所(特殊普通 合伙) 31317 专利代理师 张宁展 (51)Int.Cl. G01N 21/01(2006.01) G01N 21/31(2006.01) G01S 7/483(2006.01) G01S 17/88(2006.01) G01S 17/95(2006.01) (54)发明名称 基于超连续谱光源的主动探测激光外差光 谱仪大气成分探测装置 (57)摘要 一种基于超连续谱光源的主动探测激光外 差光谱仪探测大气成分装置， 包括超连续谱光 源、 准直模块一、 光学 发射望远镜、 光学接收望远 镜、 准直模块二、 光纤开 关、 分束器、 耦合器、 光电 探测器一、 偏置器Bias  Tee、 射频处理模 块、 锁相 放大器、 数据采集与分析模块、 可调谐激光器、 激 光控制模块和光电探测器二。 本发 明采用超 连续 谱光源作为发射光源构造主动探测的激光外差 光谱仪， 接收云或气溶胶的散射光， 克服了直接 接收太阳直射光作为信号光时夜晚不能进行探 测的缺点， 可以实现白天和夜间的柱浓度的高精 度连续监测； 同时超 连续光源覆盖了多种大气成 分的吸收峰， 可以实现多种大气成分柱浓度的同 时监测； 并且超连续谱光源的功率可以灵活调 节， 可以实现比用太阳光作为信号光时更高的信 噪比， 在区域的气候研究、 环境监测和大气化学 研究等领域具有广阔的应用前 景。 权利要求书2页 说明书5页 附图1页 CN 114544494 A 2022.05.27 CN 114544494 A 1.一种基于超连续谱光源的主动探测激光外差光谱仪测大气成分装置， 其特征在于： 包括超连续谱光源(1)、 准直模块一(2)、 光学发射望远镜(3)、 光学接收望远镜(4)、 准直模 块二(5)、 光纤开 关(6)、 分束器(7)、 耦合器(8)、 光电探测器一(9)、 偏置器Bias  Tee(10)、 射 频处理模块(11)、 锁相放大器(12)、 数据采集与处理模块(13)、 可调谐激光器(14)、 激光控 制模块(15)和光电探测器二(16)； 所述的超连续谱光源(1)输出的光经所述的准直模块一(2)从所述的光学发射望远镜 (3)发射进入 大气中遇到 云或气溶胶产生散射光， 所述的光学接收望远镜(4)接收云或气溶 胶的散射 光； 所述的光学接收望远镜(4)接收的散射光经所述的准直模块二(5)耦合进光纤， 通过所 述的光纤开关(6)调制后， 由所述的分束器(7)将所述的散射光分为两路： 一路经所述的光 电探测器二(16)与所述的数据采集与处理模块(13)输入端相连； 另外一路与所述的耦合器 (8)的输入端相连， 另外一路 的散射光与所述的可调谐激光器(14)发射的激光共同耦合进 所述的耦合器(8)进行拍频相干， 向所述的光电探测器一(9)输出拍频信号； 所述的激光控制模块(15)的输出端分别与所述的可调谐激光器(14)和所述的数据采 集与处理模块(13)的控制端相连， 对 所述的可调谐激光器(14)进行温度或电流的调节实现 频率的调谐并控制扫频， 同时输出一路给 所述的数据采集与分析模块(13)进行控制采集； 所述的光电探测器一(9)对所述的耦合器(8)的拍频信号进行探测， 经所述的偏置器 (10)分离直流信号和差频信号， 所述的差频电信号经所述的射频处理模块(11)进行处理， 产生的低频电压信号用所述的锁相放大器(12)进行解调后的解调信号进入所述的数据采 集与处理模块(13)， 采集信号并分析， 以获取大气成分的信息， 所述的直流信号输入 所述的 数据采集与处理模块(13)与所述的解调信号进行同步采集， 所述的光纤开关(6)的调制频 率与所述的锁相放大器(12)的解调频率相同， 相位固定 。 2.根据权利要求1所述的基于超连续谱光源的主动探测激光外差光谱仪探测大气成分 的装置， 其特征在于， 所述的射频处理模块(11)包括依次电连接的射频放大模块(11 ‑1)、 带 通滤波器(11 ‑2)和平方律探测器(11 ‑3)， 所述射频放大模块(11 ‑1)将所述的偏 置器(10)分 离的射频信号进 行放大后经过所述的带通滤波器(11 ‑2)减小射频噪声并控制光谱分辨率， 滤波后的射频信号经所述的平方律探测 器(11‑3)转化为以调制频率为特征频率的低频电 压信号。 3.根据权利要求1所述的基于超连续谱光源的主动探测激光外差光谱仪探测大气成分 装置， 其特征在于， 所述的可调谐激光器(14)需要在室温下波长连续可调， 且线宽窄至MHz 量级， 根据实际需要测量的大气成分分为一个或多个可调谐激光器， 分成一路或多路 同时 探测。 4.根据权利要求1所述的基于超连续谱光源的主动探测激光外差光谱仪探测大气成分 装置， 其特 征在于所述的光纤开关(6)为 开关， 或是能够进行低频通 光开关调制的器件。 5.根据权利要求1所述的基于超连续谱光源的主动探测激光外差光谱仪探测大气成分 装置， 其特 征在于， 所述的发射望远镜(3)和接收望远镜(4)同轴或者平行轴。 6.根据权利要求1 ‑5任一项所述的基于超连续谱光源的主动探测激光外差光谱仪探测 大气成分装置， 其特征在于， 通过将包含大气成分吸收信息的信号光与本振激光器进行拍 频， 实现光频到射频的频率下转换， 本振激光器进 行扫频， 从而 得到包含大气成分吸收的光权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 114544494 A 2谱信号， 继而反演出 大气成分的浓度。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 114544494 A 3