绝对探测大气温度的纯转动拉曼激光雷达系统设计与性能分析

"绝对探测大气温度的纯转动拉曼激光雷达系统" 这篇研究论文主要探讨了一种用于绝对探测大气温度的纯转动拉曼激光雷达系统的设计与应用。纯转动拉曼激光雷达是一种重要的大气温度廓线探测技术，但由于通常需要与其他校准设备配合使用，这在一定程度上限制了其在气象和环境监测领域的实际应用。论文中，研究团队提出了一个创新性的解决方案，旨在消除这一制约。 该系统采用了波长为532纳米、脉冲能量为300毫焦的激光激励源，以及一个口径250毫米的卡塞格林望远镜作为接收器。通过设计一种结合衍射光栅和光纤Bragg光栅的多通道并行纯转动拉曼光谱分光系统，他们能够有效地分离和检测氮气分子的纯转动拉曼散射谱线。经过仿真分析，研究者选择了6条氮气分子的纯转动拉曼谱线，这些谱线对温度的变化非常敏感，可以用来直接反演大气温度。 论文还介绍了基于最小二乘原理的反演算法，该算法用于从测量数据中提取绝对的大气温度信息。通过与标准大气模型结合，研究人员评估了系统的探测性能。结果显示，在17分钟的测量时间内，该雷达系统能够达到温度偏差小于0.5开尔文的探测高度2.0公里，体现了其高精度和高分辨率的特点。 纯转动拉曼激光雷达相对于传统的无线电探空仪和瑞利高光谱分辨率激光雷达，具有更高的时空分辨率和操作灵活性。然而，瑞利散射激光雷达由于对光谱分辨率的高要求，使得系统稳定性成为一大挑战，而纯转动拉曼激光雷达则克服了这一问题，有望在大气科学研究和环境监控中发挥重要作用。 此研究的关键词包括转动拉曼光谱、拉曼激光雷达、大气温度和绝对探测技术，涉及的物理分类包括：33.20.Fb（分子光谱学）、42.68.Wt（激光雷达）、92.60.hv（大气物理学）和43.28.Vd（光谱学）。通过DOI:10.7498/aps.65.143301，可以找到完整的论文内容。这项工作为大气温度的精确测量提供了一个新的工具，对于提升天气预报的准确性和雾霾研究具有深远意义。