热层和外逸层亚稳态氦密度的测量方法研究

发布时间：2021-04-21 05:53

　　氦是热层和外逸层中最主要的大气元素之一,氦密度的探测对人类理解热层和外逸层环境具有非常重要的作用。本论文从探测热层亚稳态氦原子的科学意义和氦激光雷达的研究历程出发,详细介绍热层氦激光雷达的探测原理和共振荧光激光雷达方程,其中包括氦原子能级结构、亚稳态氦辐射线的特性、热层亚稳态氦密度模型、晨昏时太阳光背景强度和有效后向散射截面等。氦激光雷达系统目标是实现200至1000公里范围内大气中亚稳态氦原子密度的测量,为了满足这一探测指标,本文根据调研出的满足系统参数要求的设备,设计氦密度激光雷达系统参数（包括60 W连续激光发射系统、由6个直径为1米的望远镜组成的望远镜阵列、数据采集系统）,采用计算机模拟和理论分析的方法,在不同积分时间和不同亚稳态氦原子密度的条件下,对比分析系统接收光子数随距离变化关系,对系统的性能进行评估,获得信噪比曲线。评估结果显示,在积分时间为5 min,当He（23S）密度最低时,300-600 km高度范围内,系统信噪比大于20,当He（23S）密度最高时,400km以上高度范围内,系统信噪比大于100,验证了该激光雷达系统的可行性。在氦雷达系统的发射机部分,采用10... 

【文章来源】：中国科学技术大学安徽省 211工程院校 985工程院校

【文章页数】：73 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
    1.1 高层大气探测的背景和意义
        1.1.1 激光雷达的探测高度
        1.1.2 热层原子密度的探测意义
        1.1.3 国内外氦激光雷达的研究现状
    1.2 本文的内容结构
第2章 氦共振荧光激光雷达的基本原理
    2.1 氦原子的能级结构和跃迁谱线
    2.2 共振荧光激光雷达方程
        2.2.1 热层亚稳态氦原子密度分布
        2.2.2 有效后向散射截面
        2.2.3 大气透过率的计算
        2.2.4 太阳光辐射强度
第3章 氦激光雷达系统方案设计和性能分析
    3.1 氦激光雷达系统的方案设计
        3.1.1 激光发射系统
        3.1.2 光学接收系统
        3.1.3 数据采集和控制系统
    3.2 氦激光雷达系统的性能分析
第4章 调制转移光谱稳频实验
    4.1 常用的激光稳频的方法
    4.2 基于EOM的调制转移光谱稳频实验
        4.2.1 亚稳态氦原子的产生
        4.2.2 饱和吸收谱的测量
        4.2.3 调制转移光谱法稳频
第5章 本文的主要结论和展望
    5.1 总结与结论
    5.2 研究工作展望
参考文献
致谢
在读期间发表的学术论文与取得的其他研究成果


【参考文献】：
期刊论文
[1]热层氦激光雷达系统参数设计和性能分析[J]. 蔡云云,孙东松,薛向辉,郑俊,兰家欣,李梓霂,张楠楠,窦贤康.  中国激光. 2017(09)
[2]薄铷汽室饱和吸收光谱的研究[J]. 荆彦锋,闫树斌,秦丽,任小红.  激光与红外. 2010(07)
[3]亚稳态氪原子饱和吸收光谱无调制激光稳频[J]. 吴仡,蒋蔚,程存峰,孙羽,成国胜,胡水明.  量子电子学报. 2009(01)
[4]铯饱和吸收光谱装置的简化设计及谱线的观测[J]. 常宏,李利平,张俊香.  量子光学学报. 2001(03)
[5]介绍泡利和泡利不相容原理[J]. 郭保章.  化学教育. 1990(01)

博士论文
[1]中高层大气测温测风激光雷达研制及重力波观测[D]. 韩於利.中国科学技术大学 2016
[2]氦原子23P1-23P2精细结构的精密光谱[D]. 冯高平.中国科学技术大学 2014

硕士论文
[1]DFB激光器倍频与调制转移光谱锁频[D]. 刘志恒.浙江大学 2013



本文编号：3151188