532nm激光下纯旋转拉曼雷达双光栅单色仪设计与模拟

本文主要探讨了纯旋转拉曼激光雷达中双光栅单色仪的设计原理及其在大气温度测量中的应用。纯旋转拉曼散射是一种非共振过程，通过测量氮气分子高能级与低能级之间的散射信号比，可以推算出大气的温度，这一过程与N2分子的高阶和低阶量子数密切相关。双光栅单色器作为一种有效的光谱分析工具，能够在拉曼光谱中分离出Stokes散射和anti-Stokes散射信号，这两种散射现象对应于分子振动能量的增加和减少。 双光栅单色器的核心设计在于两个光栅的配置，它们能够根据特定的光栅刻线结构（Blazed grating）将入射光聚焦并选择性地分离不同波长的光。在设计中，关键参数包括光栅的刻线密度、角度、间距以及光路的优化，这些因素直接影响到分辨率和信噪比。探测器需要敏感地捕捉到由旋转拉曼散射产生的微弱信号，特别是532纳米的探针激光波长下的信号。 作者利用Zemax软件进行了光路模拟，模拟结果显示，在532纳米的探针激光波长下，双光栅单色器有效地分离了高阶和低阶量子数的拉曼谱线，减小了谱线重叠，提高了测量的准确性。此外，通过模拟还探讨了不同设计参数对光谱效果的影响，这为实际设备的制造提供了理论依据。 本文不仅深入解析了纯旋转拉曼激光雷达中双光栅单色仪的设计方法，还强调了其在大气温度测量中的关键作用，以及如何通过精确控制设计参数来优化光谱性能。这对于提高旋转拉曼光谱仪的性能，提升大气温度测量的精度具有重要意义。