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水汽作为重要的大气气象参数之一,对于研究天气变化、水循环和大气科学等有着至关重要的作用。拉曼散射激光雷达是目前被广泛采用的大气水汽探测有效手段之一。目前国内外拉曼激光雷达分光系统普遍存在结构不紧凑和光路调整复杂等不足,因此,小型化可靠的拉曼分光技术的研究对激光雷达的业务化应用以及星载和空基激光雷达探测技术的发展,具有重要的科学意义和研究价值。论文基于前期的全光纤水汽拉曼分光设计方案,针对在全光纤技术实现中的若干问题,设计并构建了一套以光纤F-P滤波器为主的光纤拉曼分光优化系统。考虑到不同纤芯光纤之间的耦合效率问题,基于Zemax仿真和实验验证完成了利用自聚焦透镜的高效率光纤耦合系统,获得了 10%的最大耦合效率;设计了二向色镜结合长波通滤光片的分光技术,保证了对弹性米散射信号的高效率抑制。基于首次研制成功的可见波段光纤F-P滤波器,搭建光纤分光优化系统,完成对主要光纤器件和分光系统光学性能的测试,结果表明该系统可成功实现对中心波长分别为660nm和606.7nm的水汽和氮气拉曼散射回波信号的精细提取,以及光纤拉曼通道对弹性散射信号达到107的高效抑制,满足设计要求。依托西安理工大学激光雷达大气遥感中心实验平台,搭建了光纤拉曼分光的水汽探测激光雷达系统,并开展了大气水汽探测实验和相关数据反演。初步结果表明,激光器能量为200mJ,望远镜口径为600mm,采用光子计数,当探测时间15min,10380个脉冲累积平均时,该系统可实现对流层底部几百米高度范围内的大气水汽有效探测;连续观测结果也证明了系统能够精细探测夜间近地面水汽混合比的时空变化特征,初步验证了该拉曼激光雷达系统的大气水汽探测性能。