Phát triển nguồn laser NdYAG biến điệu độ phẩm chất buồng cộng hưởng thụ động tích hợp trong hệ lidar di động quan trắc mây ti tầng cao

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC VŨ THỊ HOÀN PHÁT TRIỂN NGUỒN LASER Nd:YAG BIẾN ĐIỆU ĐỘ PHẨM CHẤT BUỒNG CỘNG HƯỞNG THỤ ĐỘNG TÍCH HỢP TRONG HỆ LIDAR DI ĐỘNG QUAN TRẮC MÂY Ti TẦNG CAO LUẬN VĂN THẠC SĨ VẬT LÍ THÁI NGUYÊN - 2018 ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI KHOA HỌC VŨ THỊ HOÀN PHÁT TRIỂN NGUỒN LASER Nd:YAG BIẾN ĐIỆU ĐỘ PHẨM CHẤT BUỒNG CỘNG HƯỞNG THỤ ĐỘNG TÍCH HỢP TRONG HỆ LIDAR DI ĐỘNG QUAN TRẮC MÂY Ti TẦNG CAO Chuyên ngành: Quang học Mã số: 8.44 01.10 LUẬN VĂN THẠC SĨ VẬT LÍ Người hướng dẫn khoa học: TS BÙI VĂN HẢI THÁI NGUYÊN - 2018 i LỜI CAM ĐOAN Luận văn với tiêu đề “ Phát triển nguồn Laser Nd: YAG biến điệu độ phẩm chất buồng cộng hưởng thụ động tích hợp hệ Lidar di động quan trắc mây Ti tầng cao” thực Viện Vật lý- Viện Hàn lâm khoa học Công nghệ Việt Nam hướng dẫn TS Bùi Văn Hải Tơi xin cam đoan tồn nội dung khoa học trình bày luận văn cơng trình nghiên cứu hướng dẫn TS Bùi Văn Hải giúp đỡ nhóm Lidar mà trưởng nhóm PGS TS Đinh Văn Trung Các số liệu kết nêu luận văn trung thực chưa công bố trước nước Thái Nguyên, tháng 11 năm 2018 Học viên Vũ Thị Hoàn ii LỜI CẢM ƠN Trong suốt thời gian học tập tiến hành nghiên cứu thực làm làm luận văn, em nhận quan tâm, bảo, giúp đỡ thầy cơ, gia đình bạn bè Với lòng biết ơn vô sâu sắc, em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến Thầy Cô khoa Vật lí Cơng nghệ trường Đại Học Khoa Học – Đại Học Thái Nguyên tâm huyết truyền đạt cho em nhiều kiến thức quý báu thời gian em học tập trường Đặc biệt, em xin chân thành cảm ơn TS Bùi Văn Hải tận tâm bảo hướng dẫn em suốt trình em thực luận văn Viện Vật lí - Viện Hàn lâm khoa học Cơng nghệ Việt Nam, nhờ có lời hướng dẫn dạy bảo thầy, luận văn em có kết tốt Em muốn gửi lời cảm ơn tới nhóm Lidar mà trưởng nhóm PGS.TS Đinh Văn Trung tạo điều kiện giúp đỡ em trình nghiên cứu, đo đạc xử lý số liệu Viện Hàn lâm Khoa học Việt Nam Trong trình làm luận văn khơng tránh khỏi thiếu sót, em mong nhận góp ý q Thầy Cơ bạn lớp K10B1 để luận văn em hoàn thiện Học viên Vũ Thị Hoàn DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT VÀ TIẾNG ANH iii Thuật ngữ Tiếng Anh Tiếng Việt laser Light Amplification by Stimulated Bộ khuếch đại ánh sáng phát Emission of Radiation xạ kích thích Lidar Light detection and ranging Cảm biến quang học đo xa PMT Photomultiplier Tube Ống nhân quang điện APD Avalanche photodiode Điốt quang thác lũ ADC Analog to digital converter Bộ chuyển đổi tương tự - số iv DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1.1: Các thông số số môi trường laser Neodymium [5 tr 372, 3] Bảng 2.1: Thành phần nồng độ chất khí khí Trái đất [13, 1] 15 Bảng 2.2: Phân nhóm tầng mây chủ yếu [15, 2] 17 Bảng 2.3: Phân hạng mây quốc tế theo hình dạng độ cao mây [15, 1, 2] 18 Bảng 2.4: Các thông số đặc trưng khối phát hệ Lidar Raman nhiều bước sóng [1] .30 Bảng 2.5: Các thông số đặc trưng khối thu hệ Lidar Raman& đàn hồi [1] .32 Bảng 3.1 Thông số kỹ thuật khối phát laser di động 43 Bảng 3.2 Thông số quang đặc trưng lớp mây Ti xác định từ tín hiệu đàn hồi hệ lidar di động 52 v DANH MỤC CÁC HÌNH Hình 1.1: Cấu trúc mức lượng môi trường laser Nd:YAG [5 tr 5, 3] Hình 1.2: Phổ hấp thụ mơi trường Nd:YAG đo nhiệt độ 300 0K [5 tr 208, 3] Hình 1.3 Cơng tua khuếch đại laser độ rộng vạch xạ mode dọc [5, 3] Hình 1.4: Quá trình phát xung ML với hấp thụ bão hòa chậm [3, 5], 10 Hình 1.5: BCH laser trình phát xung khóa mode với SA chậm [8] 11 Hình 2.1: Biểu đồ mơ tả tỉ lệ chất khí khí Trái Đất [13, 1] .15 Hình 2.2: Mơ tả hình thành mây: khơng khí lên cao nhiệt độ giảm Mây hình thành nước lạnh bên điểm sương [14] 16 Hình 2.3: Phân bố loại mây tầng đối lưu theo hiệp hội khí tượng giới MWO [16, 2] 20 Hình 2.4: Một số hình ảnh Mây tầng tích [17, 2] 21 Hình 2.5: Một số hình ảnh Mây vũ tầng [17, 2] 21 Hình 2.6: Một số hình ảnh Mây tích [2, 19] 22 Hình 2.7: Một số hình ảnh Mây tầng [2, 20] 22 Hình 2.8: Một số hình ảnh Mây vũ tích [2, 21] 23 Hình 2.9: Một số hình ảnh Mây trung tích [2, 21] 23 Hình 2.10: Một số hình ảnh Mây trung tầng [2, 19] 24 Hình 2.11: Một số hình ảnh Mây Ti tích [1, 2, 22] 24 Hình 2.12: Một số hình ảnh Mây Ti tầng [2, 23] 25 Hình 2.13: Một số hình ảnh Mây Ti [2, 24] 25 Hình 2.14: Sơ đồ khối hệ Lidar xây dựng Viện Vật lý [1] .29 Hình 2.15: Hình ảnh hệ Lidar sử dụng laser Nd: YAG bao gồm: kính thiên văn, khối phát laser máy tính ghi nhận liệu [1] 31 Hình 2.16: a): Khoảng khơng gian tín hiệu đàn hồi chuẩn hóa theo khoảng cách đo sụt giảm mạnh hiểu vị trí đỉnh lớp son khí bề mặt, b): Đồ thị hàm H(z) tương ứng đạt cực tiểu vị trí đỉnh lớp son khí [35] 35 Hình 3.1: Khối mạch điện cao cấp nguồn cho đèn flash, mạch điện tử điều khiển thay đổi tần số xung phát cường độ xung laser phát, khối thu sử dụng ăng ten quang telescope hiệu Meade 200 mm, ADC 12 bit máy tính ghép nối để lưu liệu nhận [25] 39 vi Hình 3.2: Buồng cộng hưởng Fabry-Perot, bổ sung thêm phin lọc không gian tinh thể nhân tần BBO cho phép phát xung laser họa ba bậc hai bước sóng 532 nm [25] 41 Hình 3.3 Trong hình A trường hợp kích thước chùm tia ~ mm tương đương góc mở 2,5 mrad hình B trường hợp kích thước chùm tia ~ mm tương ứng với góc mở chùm tia mrad .42 Hình 3.4: Mức cường lượng xung bước sóng 532 nm thay đổi theo thơng số điều khiển [25] .42 Hình 3.5: A) Cận ảnh hệ lidar di động gắn bàn giảm chấn thực đo đạc Quang Bình B) BCH laser mở để lắp đặt chi tiết quang học 44 Hình 3.6: A) Hệ lidar gồm khối phát laser xung telescope loại Cassegrain với giá đỡ cố định B) Hình ảnh hệ triển khai đo đạc thực tế ngồi trời .44 Hình 3.7 Hai tín hiệu đàn hồi ghi nhận hệ lidar di động khoảng thời gian 50 phút tương đương với 50000 xung laser 45 Hình 3.8 Là kết phép đo phân bố mật độ vật chất đám mây trơi qua vị trí đo theo thời gian từ 15 h tới 17h 30 phút Hà Nội .47 Hình 3.9 Hình ảnh mây Ti tầng cao ghi nhận Quảng Bình hệ lidar đàn hồi sử dụng laser xung di động chế tạo Việt Nam 48 Hình 3.10 Hình ảnh mây Ti tầng cao nghi nhận thành phố Hồ Chí Minh hệ lidar đàn hồi sử dụng laser xung di động 48 Hình 3.11: Đồ thị cho phép xác định độ cao đỉnh đáy lớp mây Ti kết phép đo lấy lấy trung bình từ 50000 xung laser tương đương 50 phút quan trắc chế độ đếm photon thực Quảng Bình sử dụng hệ lidar di động .49 Hình 3.12: Đồ thị thể tiết hệ số tán xạ ngược lớp mây Ti theo thuật toán Fernald [1] .50 Hình 3.13: Tỷ số tán xạ ngược lớp mây Ti so với lớp phân tử khí từ 10 km tới 18 km 50 Hình 3.14: Sự thay đổi độ sâu quang học lớp khí có mây Ti miền từ tới 18 km, độ sâu quang học chuẩn hóa đơn vị toàn miền 18 km 51 vii MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN i LỜI CẢM ƠN ii DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT VÀ TIẾNG ANH ii DANH MỤC CÁC BẢNG iv DANH MỤC CÁC HÌNH v MỤC LỤC vii MỞ ĐẦU CHƯƠNG 1: LASER Nd:YAG CÔNG SUẤT CAO .4 1.1 Tổng quan laser rắn ứng dụng 1.1.1 Tổng quan laser rắn 1.1.2 Ứng dụng laser rắn nghiên cứu 1.2 Mơ hình laser Nd:YAG điều tần thụ động với buồng cộng hưởng Fabry-perot 1.2.1 Môi trường laser Nd:YAG 1.2.2 Tính tốn lý thuyết cho laser Nd: YAG với buồng cộng hưởng Fabryperot CHƯƠNG 2: VAI TRÒ CỦA SON KHÍ TRONG TẦNG ĐỐI LƯU VÀ KỸ THUẬT LIDAR 14 2.1 Cấu trúc khí vai trò mây Ti 14 2.1.1 Cấu trúc khí 14 2.1.2 Quá trình hình thành vai trò mây Ti .16 2.1.3 Vai trò mây Ti khí tầng đối lưu 26 2.2 Kỹ thuật Lidar .28 2.2.1 Khối phát 29 2.2.2 Khối thu 30 2.2.3 Kỹ thuật đo tương tự .32 2.2.4 Kỹ thuật đếm photon .33 2.3 Xử lý số liệu xác định đặc trưng mây Ti 33 CHƯƠNG 3: THÔNG SỐ KỸ THUẬT CỦA LASER XUNG Nd:YAG ĐÃ CHẾ TẠO VÀ CÁC KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU MÂY TI SỬ DỤNG HỆ LIDAR DI ĐỘNG 38 viii 3.1 Thông số kỹ thuật laser Nd:YAG di động 38 3.1.1 Khối điện tử 38 3.1.2 Khối quang học .39 3.1.3 Đặc trưng mode ngang kích thước chùm tia laser 41 3.1.4 Đặc trưng công suất laser bước sóng 532 nm 42 3.2 Kết quan trắc mây Ti tầng cao sử dụng hệ lidar di động .44 3.2.1 Đánh giá chất lượng tín hiệu hệ lidar di động 45 3.2.2 Đặc trưng phân bố không gian mây Ti tầng cao 46 3.2.3 Các đặc trưng vi mô mây Ti tầng cao .48 3.3 Kết luận chương 52 KẾT LUẬN 54 DANH MỤC CƠNG TRÌNH CỦA TÁC GIẢ 55 TÀI LIỆU THAM KHẢO 56 PHỤ LỤC 60 Tiết diện tán xạ ngược He so tan xa (m-1sr-1) 50 x 10 -4 Back scat Sum Back scat Aer Back Mole 10 11 12 13 14 15 16 17 18 cao(km) (km) ĐộDocao Hình 3.12: Đồ thị thể tiết hệ số tán xạ ngược lớp mây Ti theo thuật toán Fernald [1] Hình 3.12 thể rõ tiết diện tán xạ lớp mây chiếm ưu hoàn toàn - đường màu đỏ so với tiết diện tán xạ từ phân tử khí miền quan sát – đường màu tím Từ thơng số hình 3.12 chúng tơi xác định giá trị trung bình hệ số tán xạ ngược lớp mây Ti là: 0,55 10-5 (m-1sr-1) Tỉ số tán xạ ngược Ty so tan xa nguoc 80 60 40 20 10 11 12 13 14 15 16 17 18 Docao cao(km) (km) Độ Hình 3.13: Tỷ số tán xạ ngược lớp mây Ti so với lớp phân tử khí từ 10 km tới 18 km Hình 3.13 thể rõ cường độ tín hiệu tán xạ quay lớp mây Ti lớn tín hiệu phân tử khí tới 80 lần vị trí tâm đám mây có mật độ đậm đặc Chính khác biệt khả tán xạ ngược lớp mây Ti mà vai trò chúng 51 hiệu ứng nhà kính giam giữ xạ bề mặt trái đất đáng kể Vì tham số hệ số tán xạ ngược lớp mây Ti số quan trọng mơ hình dự báo thời tiết biến đổi khí hậu NASA Trong tham số vi mô son khí tầng cao độ sâu quang học  tham số quan trọng bậc 𝜏 xác định biểu thức 2.4 chương luận văn chương trình số tương ứng phụ lục 2.6 Độ sâu quang học thể phần lượng xạ laser mát tán xạ hấp thụ xảy miền không gian truyền qua xạ, đặc trưng cho mát lượng xạ gây môi trường Hiểu biết độ sâu quang học miền khí nơi quan trắc cho phép đánh giá mức độ ảnh hưởng lớp khí tới hiệu ứng nhà kính lượng lượng xạ đóng góp mặt trời lên tổng thể lượng gây tượng tự nhiên bầu khí trái đất Độ sâu quang học thông số quan trọng mơ hình dự báo khí hậu Trái đất mà mơ hình dự báo Do sau quang hoc Độ sâu quang học chuẩn hóa sử dụng 0.95 0.9 0.85 0.8 10 11 12 13 14 15 16 17 18 DoĐộcaocao (Km) Hình 3.14: Sự thay đổi độ sâu quang học lớp khí có mây Ti miền từ tới 18 km, độ sâu quang học chuẩn hóa đơn vị tồn miền 18 km Hình 3.14 thể đóng góp mây Ti trình lưu giữ lượng xạ Mặt trời tầng đối lưu Trái đất Như phép đo này, mây Ti 52 tồn khoảng km hấp thụ gần hoàn toàn lượng xạ truyền khoảng 11 km từ độ cao km tới 18 km Bảng 3.2 Thông số quang đặc trưng lớp mây Ti xác định từ tín hiệu đàn hồi hệ lidar di động Tham số đặc trưng Kí hiệu Giá trị Tỉ số tín hiệu nhiễu 18 km (1) S/n 10,82 Tỉ số tín hiệu nhiễu 18 km (2) S/n 2,014 Độ cao đỉnh lớp mây Htop 14,7 km Độ cao đáy lớp mây Hbase 11,7 km 𝜏 0,597 Độ sâu quang học Hệ số suy hao trung bình 𝜎̅ = Hệ số tán xạ ngược trung bình 𝛽̅ Tỉ số Lidar S 𝜏 ∆𝑧 1,99 10-4 m-1 0,55 10−5 (𝑚−1 𝑠𝑟 −1 ) 58 Trường hợp (1) phép đo hệ lidar di động sử dụng kĩ thuật đếm photon sử dụng PMT gated quan trắc vào ban đêm trường hợp thứ (2) tín hiệu thu sử dụng PMT R4700 hãng Hamamatsu hoạt động chế độ tương tự quan trắc vào ban ngày khoảng thời gian 50 phút Các khảo sát thời gian ngắn Quảng Bình, TP Hồ Chí Minh Hà Nội hệ lidar mobile với số liệu từ hệ lidar cố định sử dụng laser Quantel nhóm nghiên cứu tập hợp xử lý để công bố báo “PROPERTIES OF CIRRUS CLOUDS FROM LIDAR MEASUREMENTS ABOVE VIETNAM” tới nhóm thời gian kéo dài từ 2011 tới 2017 Trong q trình xử lý tín hiệu chúng tơi nhận thấy chất lượng tín hiệu từ hai hệ đo hồn tồn tương đương khơng có khác biệt so sánh kết phép đo đồng thời hai hệ miền khảo sát 20 km 3.3 Kết luận chương Trong chương 3, chúng tơi trình bày phần kết luận văn Phần thứ trình bày kết nghiên cứu thiết kế, chế tạo cải tiến thực khối phát laser Nd: YAG cơng suất cao với đặc tính dễ tháo lắp, cơng suất 53 cao, đáp ứng mục đích nghiên cứu di động hệ lidar sử dụng quan trắc cho khí tầng đối lưu Phần thứ hai chúng tơi trình bày kết xác định số đặc trưng vĩ mô vi mô lớp mây Ti tầng cao từ tín hiệu hệ lidar di động sử dụng khối phát laser xung cải tiến Trong chúng tơi đưa phương pháp đánh giá chất lượng tín hiệu hệ đo tỉ số tín hiệu nhiễu tín hiệu tương tự tín hiệu đếm photon Qua đánh giá chất lượng hệ đo lidar di động chất lượng khối phát laser công xuất cao bước sóng 532 nm hồn tồn đáng tin cạy đảm bảo ổn định tốt thời gian quan trắc kéo dài liên tục vài liên tục 54 KẾT LUẬN Với mục đích cải tiến tính quan trắc di động hệ lidar khảo sát miền khí tầng cao tới 20 km sử dụng khối phát xung chủ động lần chế tạo Việt Nam với tính kĩ thuật thay đổi linh động tùy theo mục đích nghiên cứu khác Những kết đạt tác giả thể luận văn sau: Thực thiết kế chế tạo cải tiến thành công 01 khối laser phát xung công suất cao bước sóng 1064 nm 532 nm Các thơng số đặc trưng xung laser khảo sát như: Tần số lặp lại thay đổi từ – 15 Hz, công suất xung thay đổi đạt lượng tối ưu 250 mJ/xung tần số Hz, góc mở chùm tia mrad, kích thước chùm tia thay đổi Hệ laser chế tạo cho phép hoàn toàn chủ động điều chỉnh thơng số kỹ thuật theo mục đích sử dụng khác Tích hợp laser cơng suất cao phát xung bước sóng xanh 532 nm vào hệ lidar di động nhằm mục đích quan trắc khí tầng cao tới 20 km chế độ tương tự vào ban ngày đếm photon vào ban đêm Tiến hành quan trắc chế độ tương tự đếm photon, ghi nhận liệu Hà Nội, TP Hồ Chí Minh Quảng Bình, đánh giá chất lượng tín hiệu ghi nhận, xác định tỉ số tín hiệu nhiễu để đánh giá chất lượng tín hiệu đo chất lượng hệ đo lidar nguồn phát laser chế tạo Tìm hiểu thuật tốn giải tích, chương trình số nhằm xác định thông số đặc trưng mây Ti, sử dụng chương trình tính tốn số ngơn ngữ Matlab xác định thơng số quang đặc trưng tín hiệu ghi nhận từ hệ lidar di động So sánh tín hiệu kết thu với hệ lidar cố định bàn luận đặc trưng vật lý mây Ti Trong giới hạn luận văn , thực trọn vẹn hai vấn đề kỹ thuật theo đăng kí ban đầu là: xây dựng thành cơng 01 khối phát laser cơng suất cao bước sóng 532 nm đảm bảo tính kỹ thuật nghiên cứu quang phổ nhanh tích hợp khối phát xung laser 01 hệ lidar di động sử dụng quan trắc lớp mây Ti tầng cao ba địa điểm Việt Nam Hà Nội, Thành phố Hồ Chí Minh Quảng Bình Kết nghiên cứu luận văn đăng 01 báo Hội nghị Quang học Quang phổ toàn Quốc lần thứ năm 2017 55 DANH MỤC CƠNG TRÌNH CỦA TÁC GIẢ Bùi Văn Hải, Đinh Văn Trung, Phạm Minh Tiến, Trần Ngọc Hưng, Nguyễn Xuân Tuấn, Vũ Thị Hoàn 2017, Phát triển khối phát laser Nd: YAG phát xung công suất cao sử dụng tinh thể hấp thụ bão hòa ứng dụng hệ lidar quan trắc khí tầng cao, Kỉ yếu hội nghị Quang học Quang phổ toàn quốc, ISSN 1859 – 4271 233 - 237 56 TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt [1] Bùi Văn Hải (2013), Sử dụng kỹ thuật Lidar nghiên cứu đặc trưng vật lý son khí tầng khí quyển, Luận án Tiến sĩ, Viện Vật lý - Viện Hàn lâm Khoa học Công nghệ Việt Nam [2] Nguyễn Văn Thiệu (2016), nghiên cứu đặc trưng mây ci tầng cao kỹ thuật lidar, Luận văn Cao học, Viện Vật lý - Viện Hàn lâm Khoa học Công nghệ Việt Nam [3] Đỗ Quốc Khánh (2010), nghiên cứu vật lý phát triển công nghệ laser rắn nd:yvo4 pi-cô giây biến điệu thụ động, bơm aser bán dẫn, Viện Vật lý Viện Hàn lâm Khoa học Công nghệ Việt Nam [4] Phan Thế Hiếu, Nguyễn Đại Hưng (2010), Nghiên cứu thiết kế, chế tạo hệ thống lidar ứng dụng đo đạc thơng số khí quyển, Báo cáo tổng hợp kết nghiên cứu khoa học công nghệ, Bộ Khoa học Công nghệ Tiếng Anh [5] O Svelto, (1998), "Principles of lasers", 4th ed, New York, NY Plenium [6] C Honninger et al, (1999), Q-switching stability limits of continuos-way passive mode-locking, J Opt Soc Am B, Vol 16, No1, p46-56 [7] G Li, S Zhao, K Yang and J Liu, (2005), Control of pulse width in diodepumped passively Q-swiched Nd:YVO4/KTP green laser with GaAs saturable absorber, Opt and QE, vol 37, pp 635 – 647 [8] P.K.Mukhopadhyay et al, (2004), Ananlysis of laser diode end-pumped intral cavity frequency doubled passive Q-swicthed and mode locked Nd:YVO4 laser, App Opt, B79, p713-720 [9] U Keller, K J Weingarten et al, (1996), "Semiconductor saturable absorber mirrors (SESAMs) for femtosecond to nanosecond pulse generation in solidstate lasers" IEEE J Selected Topics in Quantum Electronics (JSTQE), vol 2, pp 435-453 [10] A Penzkofer, (1988), Passive Q-Switching and Mode-Locking for Generation of Nanosecond to Femtosecond Pulses, Appl Phys B 46, 43-60 the pp 57 [11] B E Buoma et al (1997), Compact resonator design for mode locked solid state laser, App Opt, B65, pp 213-220 [12] D H Sutter, I D Jung et al, (1998), "Self-starting 6.5 fs pulses from a Ti:sapphire laser using a semiconductor saturable absorber and double-chirped mirrors", IEEE J Selected Topics in Quantum Electronics (JSTQE), vol 4, pp 169-178 [13] http://pgdn.dvrlists.com/air-atmospheric-gas-britannica.html [14] http://scied.ucar.edu/imagecontent/cirrus-clouds [15] https://googlegroups.com/a/bantinhanghai.com/group/ddhh/attach/CLOUDS.p df [16] https://oceanology.hcmus.edu.vn/home/view/phan-biet-cac-loai-may-tren-bautroi [17] https://physics.byu.edu [18] https://4warnwxteam.com [19] https://en.wikipedia.org [20] https://freebigpictures.com [21] https://spaceplace.nasa.gov/review/clouds/NOAA-NASA-CloudChart.pdf [22] https://wisegeek.com [23] https://weatherwizkids.com [24] https://isleofskyeweather.co.uk [25] Bùi Văn Hải, Đinh Văn Trung, Phạm Minh Tiến, Trần Ngọc Hưng, Nguyễn Xuân Tuấn, Vũ Thị Hoàn 2017, Phát triển khối phát laser Nd: YAG phát xung công suất cao sử dụng tinh thể hấp thụ bão hòa ứng dụng hệ lidar quan trắc khí tầng cao, Kỉ yếu hội nghị Quang học Quang phổ toàn quốc, ISSN 1859 – 4271 233 - 237 [26] A Ansmann, M Riebesell, et al (1992), Combined Raman Elastic-Backscatter lidar for vertical profiling of moisture, Aerosol extinction, backscatter, and lidar ratio, Applied Physics B, B 55, 18-28 [27] David S H, Kevin S R, John A R, John L C, Development of a high spectral resolution lidar based on confocal Fabry–Perot spectral filters, Applied Optics 51(25), 6233 - 44 September 2012 58 [28] Flamant, C Pelon, J Flamangt, P and P Durand (1997), Lidar determination of the entrainment zone thickness at the top of the unstable marine atmosphere mixing layer, Bound-Lay Meteorol, 83, P 247-284 [29] Paul Schmid and Dev Niyogi (2011) A method for estimating planetary boundary layer height and its application over the ARM southern great plains site, Journal of Atmospheric and Oceanic Technology, Vol 29, P 316-322 [30] W P Hooper, and E W Eloranta (1986), Lidar measurements of wind in the planetary boundary layer: the method, accuracy, and results from foint measurements with radiosonde and kytoon, J Clim Appl Meteorol, Vol 25, P 990-1001 [31] I Veselovskii et al (2009), Demonstration of Aerosol properties by multiwavelenth lidar under varying relative humidity conditions, American Meteorological Society, doi: 10.1175 [32] R M Measures (1983), laser remote sensing fundamentals and application, A Wiley – Interscience Publication [33] Frederick G Fernald et al (1971), Detrmination of Aerosol Height distribution by lidar, Journal of Applied Meteorology, Vol 11, 482-489 [34] Japan Analytical Instrument Manufacturers’ Association (1986), Guide to Analytical Instruments, 3rd Edition [35] H Baars, A Ansmann, R Engelmann, and D Althausen (2008), Continuous monitoring of the boundary-layer top with lidar, Atmos Chem Phys Discuss, Vol 8, P 10749-10790 [36] Bui Van Hai, Nguyen Xuan Tuan, Dao Duy Thang, Dinh Van Trung and Nguyen Thanh Binh (2012), Monitoring the boundary layer over Hanoi using a compact lidar system, The Second Academic Conference On Natural Science For Master And Phd Students From Cambodia, Laos, Malaysia & Vietnam, Proceedings P 389-392, ISBN: 978-604-913-088-5 [37] Bui Van Hai, Dinh Van Trung, Nguyen Xuan Tuan, Dao Duy Thang and Nguyen Thanh Binh (2012), monitoring cirrus clouds and tropopause height over hanoi using a compact lidar system, Communication in Physics, Vol 22, No 4, 357364 59 [38] Nguyen Xuan Tuan, Bui Van Hai, Dinh Van Trung (2014), Normally off-gated photomultiplier tube module in photon-counting mode for use in light detection and ranging measurements, Journal of Applied Remote Sensing, Vol 8, 083536 [39] P J Conlon, Y P Tong, P M W French, and J R Taylor, (1994), “Passive mode locking and dispersion measurement of a sub-100-fs Cr4:YAG laser”, OPTICS LETTERS, Vol 19, pp1468-1470 [40] P Augustine et.al, (2004), Rep Prog Phys 67, 813-855 [41] F Kartner et al, (1998), "Slow and Fast Saturable Absorbers for Modelocking of Solid-State Lasers - What's The Difference?", IEEE J SEL Topics QE, pp 159168 [42] R Paschotta, U Keller, (2001), "Passive mode locking with slow saturable absorbers", Appl Phys B, vol 73, pp 653-662 60 PHỤ LỤC Phụ lục 1: Chương trình kết nối máy tính viết ngơn ngữ Labview hệ lidar di động đa kênh 1 Khối kết nối thiết bị 1.2 Khối thu hoạt động chế độ đo tương tự 61 1.3 Khối thu hoạt động chế độ đếm photon Phụ lục 2: Chương trình chuẩn hóa tín hiệu 2.1 Hàm gọi tín hiệu radiosonde lấy làm chuẩn để so sánh function [z,bmol,bb,sk] = ham_radiosonde(b,z,hss,lizz,tb) h = b(:,1);%km mdkhi = b(:,2)+b(:,3);% mat that cua nasa bm = mdkhi;%phantu/m3 lmdkhi = log(bm); a = polyfit(h,mdkhi,30); bmol = polyval(a,z); bb = log(bmol); …VV 2.2 Chương trình chuẩn hóa tín hiệu hệ đo chế độ tương tự %load file clc; clear all; close all; filename = 'e:\lidar\photon counting\gate_tuan\gate121.txt'; kenh = 3; a = load(filename); t = a(:,1);c = 3*1e8; % thoi gian: 1e-6(s)- r(km) 62 z0 = t/2*c*1e-12;% z - km % lam tron tin hieu lan p0 = smooth(a(:,kenh),100); n = length(t);k = 0;…VV for i=d:tr if p(i+1)>lan*p(i)& p(i+2)>p(i+1)&p(i+3)>p(i+2)&p(i+4)>p(i+3) p(i+5)>p(i+4)&p(i+6)>p(i+5) …VV 2.3 Chương trình chuẩn hóa tín hiệu phép đo hệ chế độ đếm photon %1 chon diem triger %2 chon diem so sanh %3 chon bin can thiet clc; clear all; close all; filename = 'e:\lidar\photon counting\2012\905\boundary\05oct18h10.3000.45o.50.txt'; a = load(filename); kenh = 2; t = a(:,1);c = 3*1e8; % thoi gian: 1e-6(s)- r(km) z0 = t/2*c*1e-12;% z - km p0 = smooth(a(:,kenh),100); n = length(t); %ve den dau xa = 25;% km hss = 10;% km - vi tri lay so sanh hai tin hieu va radiosonde data tb = 10;% so diem lay trung binh gia tri so sanh duong tin hieu …VV 2.4 Chương trình chuẩn hóa tín hiệu trường gần tính tới hàm chồng chập hệ lidar %chuan tin hieu tinh toi ham overlap function[z,ov,i,izz,lizz,izzcu] ham_chuantinhieu_tinhtoi_overlap(a,b,kenhe,kenhr,sm,xa,hss,tb,duoi,tren,khackhong); % tin hieu kenh raman = 63 [z,p,pzz,p4] = ham_chuanphoton(a,kenhr,sm,xa,hss,tb); %z,p,pzz,log(pzz): tuong ung for i = 1:length(z)… end …VV 2.5 Chương trình xác định tỉ số tín hiệu nhiễu % Tinh sai so cua tin hieu counting noi = 0;nn = length(Z); for i = round(7*nn/10):1:(10*nn/10); noi = noi + p0(i); end noi = noi/(3*nn/10+1); snr = (P2 - noi)./sqrt(P2-noi + 2*noi); …VV 2.6 Chương trình xác định thơng số đặc trưng mây Ti %Ve tin hieu mua trung tam tham khong quoc gia clc; close all; clear all; filename1 = 'E:\LIDAR\Solieu_Khi tuong\Tham khong data da chinh sua_Hai\7h_8_9_2011.txt'; filename2 = 'E:\LIDAR\Solieu_Khi tuong\Tham khong data da chinh sua_Hai\7h_11_5_2011.txt'; A9 = load(filename9);z9 = A9(:,3)*1e-3;t9 = A9(:,5);A10 = load(filename10);z10 = A10(:,3)*1e-3;t10 = A10(:,5); z=[z1(:) z2(:) z3(:) z4(:) z5(:) z6(:) z7(:) z8(:) z9(:) z10(:) z11(:) z12(:) z13(:) z14(:) z15(:)]; t=[t1(:) t2(:) t3(:) t4(:) t5(:) t6(:) t7(:) t8(:) t9(:) t10(:) t11(:) t12(:) t13(:) t14(:) t15(:)];… %Do cao may Cirrus file = 'E:\LIDAR\Solieu_Khi tuong\Tham khong data da chinh sua_Hai\Macro_properties_cirrus.txt'; A = load(file);tg = A(:,5); h = A(:,2);%Do cao dinh cua may cirrus %Tim nhiet tuong ung voi vi tri may Cirrus… for i = 1:length(h) tci(i) = t(vt,i);%nhiet vi tri dinh lop may cirrus atc = polyfit(tci(:),h,1);ytc = polyval(atc,tci(:)); 64 figure(4)%ve theo cao dinh lop may cirrus plot(tci,h,'vr',tci(:),ytc,'^ b','LineWidth',3);grid on; legend('Top height of Cirrus','Averaged Height') ylabel('Height (km)'); …VV xlabel('Temperature of cirrus'); Phụ lục 3: Dữ liệu lidar quan trắc sử dụng hệ lidar di động đa kênh ghi nhận chế độ tương tự đếm photon Tín hiệu chế độ tương tự Ngày đo, đo, số file đo tối Nhiệt độ đa Độ ẩm Sáng Chiều Tối 1064 or Boundar Số file số lần có mây kênh pc 532 y layer Cirrus cloud Phép đo Hà Nội 2017july01_0840am020 X X Cirrus 2017july02_0840am020 X X Cirrus 2017july03_0840am020 X X Cirrus Phép đo Hồ Chí Minh 25.2.A.15h24.Sum.12Mi.Cir X X Cirrus 26.2.A.15h00.Sum.18Mi.Cir X X Cirrus 27.2.A.15h50.Sum.25Mi.Cir x X Cirrus Phép đo Quảng Bình 2.12.A.7h00.Sum.30Mi.Cir X X Cirrus 3.12.A.7h00.Sum.30Mi.Cir X X Cirrus 5.12.A.7h00.Sum.30Mi.Cir X X Cirrus Tín hiệu chế độ đếm photon Ngày đo, đo, số file đo tối Nhiệt độ đa Độ ẩm Sáng Chiều Tối 1064 or Boundar Số file số lần có mây kênh pc 532 y layer Cirrus cloud Phép đo Hà Nội 11.January.2017.Sum.0.5h.Cir X X Cirrus 25.2.A.0h24.Sum.12Mi.Cir X X Cirrus 10.22.0h25.G.Sum.Cir X X Cirrus Phép đo Hồ Chí Minh 25.2.A.0h24.Sum.12Mi.Cir X X Cirrus 26.2.A.0h24.Sum.12Mi.Cir X X Cirrus X X Cirrus 27.2.A.0h24.Sum.12Mi.Cir Phép đo Quảng Bình 1.12.A.23h00.Sum.30Mi.Cir X X Cirrus 2.12.A.21h00.Sum.30Mi.Cir X X Cirrus 4.12.A.22h00.Sum.30Mi.Cir X X Cirrus ... KHOA HỌC VŨ THỊ HOÀN PHÁT TRIỂN NGUỒN LASER Nd:YAG BIẾN ĐIỆU ĐỘ PHẨM CHẤT BUỒNG CỘNG HƯỞNG THỤ ĐỘNG TÍCH HỢP TRONG HỆ LIDAR DI ĐỘNG QUAN TRẮC MÂY Ti TẦNG CAO Chuyên ngành: Quang học Mã số: 8.44... ti u đề “ Phát triển nguồn Laser Nd: YAG biến điệu độ phẩm chất buồng cộng hưởng thụ động tích hợp hệ Lidar di động quan trắc mây Ti tầng cao thực Viện Vật lý- Viện Hàn lâm khoa học Công nghệ... luận văn là: Phát triển nguồn laser Nd:YAG biến điệu độ phẩm chất buồng cộng hưởng thụ động tích hợp hệ lidar di động quan trắc mây Ti tầng cao Luận văn thực với mục đích đối tượng nghiên cứu cụ