几种特征气体瑞利布里渊散射光谱特性研究

论文摘要

随着大气探测技术的发展，瑞利-布里渊（rayleigh-brillouin）散射激光探测技术作为一种新兴的探测技术，将成为未来大气探测发展的方向之一。本文开展了瑞利-布里渊散射激光探测技术的理论模拟和实验研究工作，为大气瑞利-布里渊散射激光雷达的研究提供理论依据和实验基础。大气瑞利-布里渊散射频移与大气的温度、压强、空气密度等相关参数是有着一定的关系，通过探测到的瑞利-布里渊散射信号与瑞利-布里渊模型的对比反演可以得到其中的某一参量，因此研究瑞利-布里渊散射模型对大气瑞利-布里渊散射激光探测系统的研究有着至关重要意义。本文对光谱的谱线展宽理论进行了介绍及动力学线性方程（Wang Chang-Uhlenbeck，简称WCU）、碰撞算子函数进行了研究及S6碰撞模型。利用S6模型对影响瑞利-布里渊散射的因素进行模拟仿真对比分析其谱形变化规律得知，随着压强和温度的增加气体的瑞利布里渊散射光谱明显变强；在对不同的气体的模拟表明，分子量的变化对其的影响很小；对不同波长的入射光的模拟表明，入射光波长越大瑞利布里渊散射光越强，通过以上的理论模拟工作为实验提供理论上依据。通过以上的工作，在实验方面本文主要研究利用窄带单模激光研究压强对散射信号的影响。首先，以532nm连续激光为光源，利用法布里-珀罗（Fabry-Perot,简称F-P）干涉仪，通过与F-P的本征信号干涉图对比，测得了在90°方向上的散射信号，通过对比F-P本身的干涉图和散射信号的干涉图，证明的确接收到了散射信号；其次，再利用532nm脉冲激光为光源，测得不同压强下气体的180°后向散射信号，并且与不同压强下的F-P干涉图对比，实验结果表明，压强的变化对散射信号有明显的影响，压强增加散射信号加强且其散射谱增宽，瑞利散射信号的增强对布里渊信号的探测是有利。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 研究背景及意义
• 1.2 研究状况
• 1.2.1 国外研究现状
• 1.2.2 国内研究现状
• 1.2.3 研究发展趋势
• 1.3 论文内容介绍及创新点
• 第2章 光散射简介
• 2.1 光散射一般理论
• 2.2 光散射分类
• 2.3 布里渊散射
• 2.3.1 自发布里渊散射
• 2.3.2 受激布里渊散射
• 2.3.3 瑞利布里渊散射
• 2.4 本章小结
• 第3章 谱线展宽理论及瑞利布里渊散射模型
• 3.1 谱线展宽理论
• 3.1.1 均匀展宽
• 3.1.2 非均匀展宽
• 3.2 S6 碰撞模型
• 3.2.1 S6 碰撞模型简介
• 3.2.2 S6 模型模拟仿真及分析
• 3.3 本章小结
• 第4章 瑞利布里渊散射信号的获得
• 4.1 相关基础理论
• 4.1.1 Fabry-Perot 标准具的工作原理
• 4.1.2 瑞利散射光谱分析
• 4.1.3 成像系统
• 4.2 瑞利布里渊信号获得的实验方案
• 4.2.1 垂直入射光方向上接收散射信号
• 4.2.2 后向 180°散射信号的接收实验
• 4.3 本章小结
• 第5章 总结与展望
• 5.1 论文总结
• 5.2 工作展望
• 参考文献
• 攻读研究生期间参与课题和发表论文情况说明
• 致谢
• 附录