- Phƣơng trình Lidar cho Lidar hấp thụ vi phân (DIAL):
2.2 Hệ đo Lidar Raman
Cường độ yếu của các tín hiệu tán xạ Raman địi hỏi cần có một kỹ riêng cho hệ đo LiDAR Raman. Một máy phát tia laser năng lượng cao và hệ thống đầu thu có độ nhạy cao. LiDAR Raman bao gồm một laser, bộ phận quang học mở rộng chùm tia, kính thiên văn, ba đầu thu cho các phép đo tín hiệu về tán xạ từ hơi nước (tại bước sóng 660nm), tín hiệu Raman từ Nitơ (tại bước sóng 607nm) và tín hiệu tán xạ đàn hồi, bộ phận xử lý dữ liệu và hiển kết quả đo[2],[3] .
2.2.1 Laser
Kỹ thuật LiDAR Raman không yêu cầu bước sóng phát xạ có độ tinh khiết phát ra cao, nhưng trung bình một tia laser năng lượng cao và phát xạ bước sóng được lựa chọn là giữa 320 và 550 nm. Trong những ngày đầu của các quan sát khí quyển của Lidar Raman đã sử dụng laser nitơ ở 337 nm và laser ruby ở 694 nm hoặc tần số tăng gấp đôi lên 347 nm của tần số cơ bản của nó đã được sử dụng
Hình 2.2.3 Tín hiệu của Lidar theo khoảng cách đối với các bước sóng 1064nm, 532nm và 355nm trên phần mềm Labview
Hình 2.1.2 Sơ đồ khối điển hình của một Lidar Raman đo mật độ hơi nước và sol khí. AL(achromatic lens) – Kính lọc sắc. IF(interference filter) – bộ lọc nhiễu. DBS(dichroic beam splitter)- Gương tách chùm tia.
Bởi vì hiệu quả tương đối thấp của các tia laser, ban đầu đo khí quyển Raman đã được giới hạn trong phạm vi khoảng 2 km. Laser xung với công suất trung bình cao trong vùng phổ có nhìn thấy và tia cực tím đã trở thành có sẵn trong những năm 1980.
Laser excimer UV, ví dụ như, XeCl và XeF laser tại 308 nm và 351 nm, hòa ba bậc ba của Nd: YAG laser ở 355 nm được sử dụng đầu tiên để đạt được sự tán xạ Raman giữa và trên tầng đối lưu. Hiện nay, Nd: YAG laser được sử dụng rộng rãi trong lĩnh vực LiDAR Raman. Bước sóng 1064 nm chính của được chuyển đổi thành 532 và 355 nm bằng cách nhân đôi tần số và kỹ thuật gấp ba lần tần số. Laser xung tỷ lệ lặp đi lặp lại từ 20 đến 50 s-1 và xung năng lượng 0,5 đến 1,5 J tại bước sóng chính, kết quả trong một cơng suất trung bình > 10W, thường được sử dụng. Đối với cùng một cơng suất trung bình, một xung năng lượng cao hơn với một tốc độ lặp lại xung thấp hơn sẽ được ưa thích hơn bởi vì tỷ lệ tín hiệu trên nền nhiễu của các phép đo, đặc biệt là vào ban ngày, được cải thiện theo cách này.