高精度红外激光波长测量技术研究

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1、中国科学院研究生院(上海技术物理研究所)博士学位论文高精度红外激光波长测量技术研究专业名称：电磁作者姓名：李文辰指导教师：戴宁；代作晓摘要傅立叶变换光谱遥感技术在气象观测等领域得到了非常广泛的应用并逐步成为一种趋势。我国新一代静止与极轨气象卫星平台上都将装备傅立叶变换光谱遥感探测仪。光谱准确度是傅立叶变换光谱遥感探测仪的一项重要技术指标，它与大气温度、湿度反演精度密切相关。光谱标定是光谱遥感探测仪光谱准确度的重要保证环节。作为定标光源的稳频激光器其波长需要被精确测量。本文针对光谱遥感探测仪定标激光器波长精确测量技术展开研究，具有较强的工程实用价值。论文对激光波长测量技术进行了综合研究和分析，

2、确定采用迈克尔逊激光波长测量技术对光谱遥感探测仪定标激光器的波长进行测量。论文从理论上分析了迈克尔逊激光波长测量技术中参考激光频率稳定度、参考激光和待测激光之间的平行性、干涉条纹计数精度、空气折射率精度、激光衍射误差等因素对激光波长测量精度的影响，提出了减小误差的方法，根据风云卫星干涉式大气遥感探测仪波长标定需求制定了定标激光器波长精密测量技术方案。迈克尔逊激光波长测量技术中参考激光频率稳定度对激光波长测量精度具有直接影响。论文对参考激光稳频技术开展了研究，选用频率调制光谱技术对DFB半导体激光器进行稳频，提出了免相位调节的激光稳频方法。该方法提高了稳频系统对调制频率的适应性，同时也免除了相

3、位调节的繁琐过程。激光波长测量精度受到空气折射率的影响，高精度激光波长测量时必须进行空气折射率修正。论文对空气折射率算法开展了研究，对Rueger空气折射率算法进行了修正。修正后Rueger空气折射率算法在算法复杂度改变不大的情况下，提高了算法的计算精度。论文对干涉条纹计数方法进行了改进，改进后的计数方法充分利用了干涉仪的光程差，提高了激光波长测量精度。研究结果表明，迈克尔逊激光波长测量技术能够满足风云卫星干涉式大气垂直探测仪定标激光器波长精密测量的需求。课题研究结果对星载傅立叶变换光谱仪的光谱标定工作具有工程参考价值。关键词：傅立叶变换光谱仪，迈克尔逊，激光，波长，干涉仪IIAbstrac

4、tABSTRACTTheremotesensingtechnologybasedonFourierTransformSpectrometerhasbeenwidelyusedandbecameatrendinthefieldofmeteorologicalobservation.TheremotesensinginstrumentbasedonFourierTransformSpectrometerwillbeinstalledonthenewgenerationgeostationaryandpolarorbitingmeteorologicalsatellite.Theaccuracyo

5、fspectrumisanimportantindexoftheremotesensinginstrumentbasedonFourierTransformSpectrometeranditaffectstheinversionprecisionoftheair’stemperatureandhumidity.Inordertoguaranteethespectralaccuracyoftheremotesensinginstrument,spectralcalibrationisrequired.Thewavelengthofthestabilizedlaserchosenasthecal

6、ibrationsourceshouldbeaccuratelymeasured.Thedissertationresearchesontheprecisionmeasurementtechniquesforthecalibrationsourceusedintheremotesensinginstrumentandtheresearchhasstrongpracticalengineeringvalue.Themeasurementtechniquesforlaserwavelengthhavebeencomprehensiveresearchedandanalyzed,andthelas

7、erwavelengthmeasurementtechniquebasedonMichelsoninterferometerhasbeenchosentomeasurethewavelengthofthecalibrationlaserusedintheremotesensinginstrument.Theeffectsofthestabilizationofreferencelaser,themisalig