气体自发瑞利-布里渊散射频谱测量系统设计及实验

"本文介绍了一种用于测量气体自发瑞利-布里渊散射频谱的实验系统，该系统采用532纳米波长的连续窄带激光器，通过聚焦进入可调控压力的密闭气体散射池，研究气体分子与光的相互作用，从而获取散射信号并分析频谱。实验中，对300K温度和300kPa压强下氮气的自发瑞利-布里渊散射频谱进行了测量，并将结果与Tenti S6模型的仿真结果进行比较，以探究可能存在的偏差原因。该工作对于未来基于空间激光雷达的大气参数测量具有指导意义。" 在光学领域，瑞利-布里渊散射是研究气体物理性质的重要手段，特别是对于理解大气中的温度、压力和速度分布等参数有显著价值。瑞利散射是指当光线与气体分子碰撞时，由于分子的随机运动导致光波长的微小变化，而布里渊散射则是由于分子的热振动引起。自发瑞利-布里渊散射是这两种现象的结合，能提供更丰富的气体信息。 本实验系统的核心是532纳米的激光器，这种波长的选择是因为它在许多气体中具有良好的吸收和散射特性。激光束经过聚焦后进入一个压力可控的密闭气体散射池，气体分子与激光光子相互作用，产生散射光。散射光的频谱包含了气体的温度和压力等信息，这些信息通过在散射池侧面90°方向的探测器收集并分析。 实验结果显示了在300K和300kPa条件下氮气的散射频谱，这一数据对于理解和验证理论模型至关重要。文中提到了Tenti S6模型，这是一种常用的描述气体瑞利-布里渊散射的理论模型，能够预测散射光谱的形状和强度。通过对比实验数据与模型仿真结果，可以发现实际测量与理论预测之间的差异，这可能是由实验条件的不确定性、激光光源的不稳定性、气体纯度以及散射池内的光学效应等因素导致的。 分析这种偏差有助于改进实验方法，提高测量精度，对于开发更先进的空间激光雷达技术至关重要。空间激光雷达（LIDAR）利用激光脉冲与大气分子的相互作用，能够远程探测大气参数，如温度、压力和风速，对于气候研究、环境监测和天气预报具有重要应用价值。因此，精确测量气体自发瑞利-布里渊散射频谱的研究成果为未来LIDAR系统的设计和优化提供了重要的实验依据。