基于固體腔掃描法布里-珀羅干涉儀的大氣溫度絕對探測方法研究?

王駿 崔萌 陸紅 汪麗 閆慶 劉晶晶 華燈鑫

(西安理工大學機械與精密儀器工程學院,西安710048)

基于固體腔掃描法布里-珀羅干涉儀的大氣溫度絕對探測方法研究?

王駿 崔萌 陸紅 汪麗 閆慶 劉晶晶 華燈鑫?

(西安理工大學機械與精密儀器工程學院,西安710048)

(2016年12月5日收到;2017年1月21日收到修改稿)

大氣溫度是描述大氣狀態的重要基本特征參量之一.目前,基于Rayleigh散射的大氣溫度探測方法多應用于大氣溫度的相對探測,即溫度反演時需要響應函數和校準程序.本文提出了利用固體腔掃描式法布里-珀羅干涉儀進行大氣Rayleigh散射譜型的精細探測方法和殘余米散射信號的抑制方法.根據Rayleigh散射譜特點,針對固體腔掃描式法布里-珀羅干涉儀的自由光譜區、固體腔幾何長度、腔體介質類型、半高全寬、腔體反射率、掃描間隔等參數進行了優化設計.利用優化參數的固體腔掃描式法布里-珀羅干涉儀獲取Rayleigh散射譜上離散點信息,并采用多項式插值方法獲得擬合譜型,與根據標準大氣模型和S6模型獲得的理論譜型進行比對,大氣溫度探測不確定度小于0.8 K.當信噪比為10時,白天與夜晚的探測距離分別為4.5和7.9 km.該方法可實現大氣溫度廓線的全天時和高精度絕對探測,并對同類高光譜激光雷達分光系統研究具有借鑒意義,為我國高光譜激光雷達陸基及星載應用提供了一套可行的分光系統解決方案.

大氣溫度,瑞利散射光譜,高光譜激光雷達,固體腔掃描法布里-珀羅干涉儀

1 引言

大氣溫度是描述大氣狀態的重要基本特征參量之一[1],特別是研究氣溶膠分布和大氣污染物擴散問題都需要測定逆溫層隨時間和大氣空間變化的特性,并且反演大氣相對濕度剖面也依賴于大氣溫度剖面的測量.因此大氣溫度的全天時和高時空分辨率探測[2?4],對于研究云的形成、降水及大氣污染物的擴散機理,改善大氣環境預警與預報準確度,及研究全球氣候變暖對策等具有極其重要的研究意義[5].Fiocoo等[6]提出了利用瑞利(Rayleigh)散射多普勒展寬來探測大氣溫度的理論,相比于大氣分子的轉動拉曼(Raman)信號強度,Rayleigh散射強度較大(約高3—4個量級),易實現較高的探測信噪比(signal to noise ratio,SNR).因此,基于Rayleigh散射的高光譜激光雷達易實現全天時和高時空分辨率探測大氣溫度廓線,該方法也日益引起研究者的關注.目前,針對大氣溫度的全天時和高時空分辨率探測需求,國內外發展出若干不同的Rayleigh散射高光譜激光雷達分光系統.作為分光系統核心部件的分光器,主要采用分子濾波器、原子濾波器和法布里-珀羅(Fabry-Perot,F-P)標準具分光[7?10],采用上述分光器件來構建大氣回波信號分光系統的高光譜激光雷達已被應用于大氣溫度廓線的探測中[11?14].然而,采用上述分光系統提取Rayleigh散射譜特征參量時,僅可獲取譜上兩個特定點的能量信息,通過兩者的比值獲得散射譜寬的相對變化,用于反演大氣溫度,反演時需要響應函數與校準程序.因此,上述方法都屬于大氣溫度的相對測量.

目前,隨著電光晶體制備工藝的持續提高,不論是晶體的種類還是其內部均勻性以及大幾何尺寸都取得了實質性的進展[15].以電光晶體作為F-P干涉儀固體腔介質時,通過周期變化的電壓信號來調制電光晶體的折射率,以達到連續改變F-P固體腔光學長度的目的,進而可實現入射頻譜的掃描選頻.相對于壓電陶瓷驅動的氣體腔掃描F-P,電光晶體固體腔沒有運動部件,易于保證腔體平行度和選頻穩定性.在本文中,利用MHz量級頻譜分辨率的固體腔掃描F-P干涉儀獲得Rayleigh散射譜多個離散點能量信息,結合殘余Mie散射信號抑制方法,精細探測大氣Rayleigh散射譜型,進而獲得散射譜半高全寬(fullw id th at halfmaximum,FWHM),實現大氣溫度的絕對探測[16,17],即反演大氣溫度廓線時不需要響應函數與校準程序.該方法具有良好的應用前景,對于同類激光雷達的分光系統研究具有借鑒意義.本文提出掃描分光方法,為我國高光譜測溫激光雷達陸基及星載載荷提供了一套可行的分光系統解決方案.

2 理論

由于氣體分子的熱運動速率服從Maxwell分布,且空氣分子始終處于運動狀態,因此氣體分子散射回波信號頻率將發生變化,將形成多譜勒展寬.由于分子多譜勒展寬的譜線形狀與溫度T1/2正相關,因此利用高分辨率光譜檢測技術測量出譜線的形狀或FWHM,即可獲得該點的絕對溫度.在大氣回波信號中,氣壓將導致探測激光中心頻率兩側產生斯托克斯與反斯托克斯頻移分量,這種由于氣壓引起的散射稱為布里淵(Brillouin)散射.由于大氣分子平均自由程與目前激光雷達采用的探測激光波長相當,因此由溫度引起的Rayleigh散射多普勒展寬與壓強引起的Brillouin散射譜型疊加形成的包絡譜通常為GHz量級,并與Mie散射中心頻率重疊,如圖1所示.根據標準大氣模型與S6模型[18],由于大氣中形成Brillouin散射的壓力分布相對穩定,因此可忽略其在反演中的影響.在大氣溫度為T的熱平衡狀態下,大氣分子熱運動速度可表示為

式中,ux為大氣分子熱運動在x方向上的速度,m為大氣分子的分子質量,k為玻爾茲曼常數,T為大氣的絕對溫度.多普勒頻移v可表示為

式中,c為光速,v0為入射光頻率.由(1)式和(2)式可得出

假設

則F(ν,ν0)可表示為

經過轉化可得

將A和B代入,大氣分子的Rayleigh譜函數R可表示為

大氣分子Rayleigh散射光譜的多普勒展寬的半高全寬?νT表示為

式中,λ0為入射光波長,與ν0相對應.實現大氣溫度的絕對探測需要從回波信號中提取與大氣溫度相關的Rayleigh散射譜型信息,以電光晶體作為固體腔的掃描F-P干涉儀可實現全譜信息的分離與提取,精細擬合散射譜型獲得其半高譜寬?νT,根據(8)式實現大氣溫度廓線的絕對探測.

圖1 Ray leigh-B rillouin散射與Mie散射的包絡譜分布Fig.1.Envelope spectruMdistribu tion of Ray leigh-B rillouin and Mie scattering.

F-P干涉儀的功率傳輸函數TFP、自由光譜范圍?λFSR和3 dB帶寬?λres可分別表示為

式中,n為腔體介質的折射率;l為F-P干涉腔幾何長度;θ為入射角;λ為諧振波長;R為F-P腔平行端面的反射系數;其中K=2π/λ.

當電光晶體橫向施加外電場時,其波前相位(折射率)會隨著電壓線性變化的現象稱為線性電光效應[19,20].當電光晶體橫向施加外電場時,其折射率調制度?n與外調制電壓V的關系可表示為

式中,d為電極的長度;n0為未加電壓時晶體的折射率;r為晶體的電光系數.

在F-P固體腔中,假設電光晶體長度為l,將(12)式代入(9)式,可獲得固體腔掃描F-P的功率傳輸函數:

式中,Fe為固體腔F-P的精細度.通過外調制電壓V的改變,獲得不同的諧振波長.為減小Rayleigh散射譜的擬合誤差,實現大氣溫度的精細探測,需對固體腔特征參數進行特殊設計.

3 分光系統設計

圖2展示了高光譜測溫激光雷達分光系統光路的工作原理.包含Mie和Rayleigh散射的回波信號(return signal)經透鏡1(L1)準直后由分光棱鏡(BS)分為兩束,透反比為95:5.反射光束經透鏡2(L2)聚焦后,利用微通道板光電倍增管1(PMT1)探測信號能量,用于歸一化數據處理.透射光束輸入固體腔掃描F-P(tunable F-P),利用電壓調制器(voltage modulator)輸出與回波信號同步觸發的周期性時變電壓信號,用以調制電光晶體的折射率,實時改變F-P固體腔的光學腔長,進而使固體腔掃描F-P透射中心頻率連續改變,最終實現高光譜掃描分光(掃描頻率為GHz量級).透射光束通過高光譜掃描分光系統后,再經透鏡3(L3)聚焦后由微通道板光電倍增管2(PMT2)探測連續改變的離散點能量信息,根據微通道板光電倍增管的采樣頻率確定分光系統透射通道數量.為了增加分光系統透射通道數量,保證GHz量級譜寬的Rayleigh散射譜型的擬合精度,采取相同溫度條件下多次掃描方式提高采樣點數量.基于調制電壓與所選透射頻率惟一對應關系,利用選取特定間隔的m個調制電壓值,在ti時刻(i=1,2,3,···)的單次掃描周期內獲得m個透射頻率.在ti+1時刻的單次掃描周期內,改變調制電壓使m個透射頻率與上一次記錄的頻率產生同向頻差,以增加分光系統透射通道數量.

圖2 高光譜測溫激光雷達分光系統光路圖Fig.2.ExperiMental setup for fi lter systeMin hyperspectralMeasuring teMperature lidar.

此外,在掃描回波信號譜時,需要將某一透射通道(IF)與激光頻率ν0重合探測Mie散射信號強度,用于對其他透射通道中殘余Mie信號的抑制.Mie散射是當激光波長小于或相當粒子尺寸時產生的一種彈性散射,相對于激光頻率散射信號不會發生頻移與展寬,因此回波信號中Mie散射頻譜與探測激光頻譜相同.使用固體腔掃描F-P掃描探測激光頻譜,獲得各掃描透射通道中Mie散射的能量占比.在對回波信號掃描分光時,根據與激光頻率ν0重合的透射通道中Mie散射信號能量與標定其在掃描透射各通道中的占比,即可獲得各掃描透射通道中Mie散射信號強度,繼而實現Rayleigh散射信號中殘余Mie信號的抑制.

4 分析與討論

4.1 固體腔掃描F-P的初始參數設計

針對基于固體腔掃描F-P的高光譜分光系統需求,結合Rayleigh散射譜形特點與目前電光晶體的發展現狀,需要對固體腔掃描F-P的自由光譜區、固體腔幾何長度、腔體介質類型、FWHM、腔體反射率等特征參量進行優化設計,以實現高精度的大氣溫度廓線的全天時探測.

4.1.1 自由光譜區

根據標準大氣模型,對流層的溫度區間通常處于200—300 K,圖3展示了發射激光波長為三倍頻354.7 nm時,大氣溫度分別為200和300 K的Rayleigh散射譜分布.由于圖3中大氣溫度為300 K的Rayleigh散射譜99.9%全寬小于11 GHz,利用固體腔掃描F-P獲取散射頻譜中離散點能量信息時,為了避免固體腔F-P自由光譜區邊緣兩透射通道同時與Rayleigh-Brillouin散射譜重合,對離散點能量代入附加測量誤差.因此,固體腔F-P的自由光譜區取11 GHz.

圖3 大氣溫度為200和300 K的Ray leigh-B rillouin散射譜分布Fig.3.Spectra d istribu tion of Rayleigh-B rillouin scattering at the atMospheric teMperatu re of 200 and 300 K.

4.1.2 固體腔長

當大氣溫度為300 K、發射激光為354.7 nm時,Rayleigh散射譜全高半寬?λ為2.3065×10?3nm(對應頻譜寬度為5.5 GHz),則固體腔F-P掃描透射中心波長應處于354.7±2.3065×10?3nm區間內.根據(10)式,對應固體腔F-P光學腔長應處于12.9685?8.328×10?5mm區間內,因此固體腔光學長度可根據Rayleigh散射譜左端對應波長與自由光譜區寬度進行設計.目前,可應用于紫外波段的電光晶體主要包括磷酸二氘鉀(KD*P)和偏硼酸鋇(BBO),表1展示了上述兩種電光晶體的光學特性.由于BBO晶體的電光系數較小,以至于產生相同波前相位差需要較大的半波電壓,存在產生掃描電壓的控制電路復雜、加載掃描電壓精度要求高的缺點.此外,BBO晶體的折射率較大,減小了固體腔內電光晶體的幾何長度,進一步增大了掃描電壓.因此,F-P固體腔介質選擇KD*P電光晶體.當橫向調制時,根據表1中該晶體折射率,對應透射中心波長354.6979 nm固體腔的幾何長度為8.5mm.

表1 KD*P和BBO電光晶體的光學參數Tab le 1.Op tical paraMeters of the electro-op tical crystals of KD*P and BBO.

4.1.3 FWHM

利用固體腔F-P掃描Rayleigh散射譜時,采用不同掃描間隔及FWHM條件獲取譜上離散點信息,以擬合Rayleigh散射譜,通過與理論模型譜比對,獲得固體腔F-P的最優FWHM及掃描間隔.綜合考慮F-P腔的插入損耗、端面反射率、端面缺陷等影響因素,選擇固體腔F-P的3 dB帶寬分別為60,150和240 MHz進行對比及優化設計.圖4展示了大氣溫度分別為200,250和300 K時,采用不同掃描間隔和FWHM獲得Rayleigh散射擬合譜與理論譜的誤差圖.

根據圖4所示,當FWHM擬合誤差小于1%時,固體腔F-P的FWHM和掃描間隔都取60 MHz.F-P固體腔介質為KD*P電光晶體時,根據(12)式掃描電壓為23.5 V.在掃描過程中,由于固體腔的光學長度L隨掃描電壓而變化,表示為

圖4 采用不同掃描間隔和FW HM獲得的Ray leigh散射擬合譜與理論譜的誤差圖(a)60 MHz掃描間隔;(b)150 MHz掃描間隔;(c)240 MHz掃描間隔;(d)使用不同FWHMsFig.4.Errors between fi tted and theoretical spectra of Rayleigh scattering by using diff erent scanning intervals and FW HMs:(a)Scanning interval of 60 MHz;(b)scanning interval of 150 MHz;(c)scanning interval of 240 MHz;(d)using diff erent FWHMs.

式中,r=25 pm/V是KD*P晶體的電光系數.由(14)式可以看出,電壓與光學腔長和中心波長都呈線性關系,如圖5所示.

圖5 T=200 K、掃描間隔為60 MHz時,電壓、光學腔長和中心波長的關系Fig.5.Relationship between voltage,op tical cavity length and central wavelength by using the scanning interval of 60 MHz at the atMospheric teMperatu re of 200 K.

4.1.4 腔體反射率

根據固體腔F-P的3 dB帶寬分析可知,其對擬合誤差影響最大,且帶寬越小擬合效果越好,但由于制作工藝限制,本文選取固體腔F-P的3 dB帶寬為60 MHz,固體腔幾何腔長為8.5 mm,則由(10)式和(11)式可得腔體反射率R=98.38%.

4.2 分析

根據上述分析,表2展示了優化的固體腔掃描F-P的自由光譜區、腔體幾何長度、腔體介質類型、3 dB帶寬、腔體反射率和掃描電壓(即掃描間隔).利用該固體腔掃描F-P可獲得Rayleigh散射譜上185個離散點信息,利用多項式插值的方法對上述點進行擬合.圖6展示了大氣溫度分別為200,250和300 K時,Rayleigh散射擬合譜型與理論譜型.當大氣溫度為300 K時,譜型最大絕對誤差為22MHz,?νT的誤差為337 kHz.

表3展示了激光器、望遠鏡和PMT的使用參數.利用表3參數結合掃描數據獲得如圖7所示SNR曲線.當SNR為10時,白天與夜晚的探測距離分別為4.5和7.9 km.將利用固體腔掃描F-P獲得的擬合譜型的?νT代入(8)式,可得大氣溫度廓線,如圖8中虛線所示,與由理論譜型計算的大氣溫度闊線最大誤差為0.8 K.

表2 固體腔掃描F-P的特征參數Tab le 2.Characteristic paraMeters of solid cavity scanning F-P.

圖6 (網刊彩色)帶寬為60 MHz時,Ray leigh散射理論和擬合譜圖(a)T=200 K;(b)T=250 K;(c)T=300 KFig.6.(color on line)Fitted and theoretical spectra of Rayleigh scattering at the bandw id th of 60 MHz:(a)T=200 K;(b)T=250 K;(c)T=300 K.

表3 器件參數表Tab le 3.Devices paraMeters.

圖7 白天與夜晚的SNR曲線Fig.7.SNR curves at day-tiMe and night-tiMe.

圖8 (網刊彩色)在不同大氣溫度下使用掃描帶寬為60 MHz時擬合和理論瑞利散射譜FW HM,以及兩者的誤差Fig.8.(color on line)Fitted FW HMby using the scanning bandw id th of 60 MHz and theoretical FW HMof Ray leigh scattering spectra at the d iff erent atMospheric teMperatu re,and errors between them.

5 結論

針對大氣溫度的絕對探測,本文提出了基于掃描式固體腔F-P干涉儀的大氣Rayleigh散射譜型精細探測方法,為大氣溫度的全天時和高精度絕對探測提供了全新的分光系統解決方案,進一步為人類活動關系密切、氣象要素日夜變化明顯的城市大氣邊界層內溫度的精細觀測、為研究各類天氣過程的時空特征、變化規律及其物理機理,特別為城市熱島、高溫熱浪監測及預報等城市氣象觀測提供有效的探測和研究手段[20].該研究對提高區域溫度預報的準確性以及建立數值模式、研究大氣污染擴散等區域性氣候變化有著重要的研究價值和顯著的社會效益.

[1]Li Y J,Song S L,Li F Q,Cheng X W,Chen Z W,Liu L M,Yang Y,Gong S S 2015 Chin.J.Geophys.7 2294(in Chinese)[李亞娟,宋沙磊,李發泉,程學武,陳振威,劉林美,楊勇,龔順生2015地球物理學報7 2294]

[2]Gong X,Hua D X,Li S C,W ang J,Shi X J 2016 Acta Phys.Sin.65 073601(in Chinese)[鞏鑫,華燈鑫,李仕春,王駿,石曉菁2016物理學報65 073601]

[3]W ang H W,Hua D X,W ang Y F,Gao P,Zhao H 2013 Acta Phys.Sin.62 120701(in Chinese)[王紅偉,華燈鑫,王玉峰,高朋,趙虎2013物理學報62 120701]

[4]Liu J,Hua D X,Li Y 2007 Acta Opt.Sin.27 755(in Chinese)[劉君,華燈鑫,李言2007光學學報27 755]

[5]Nobuki K,Akihito H,ShuMpei K 2012 Laser Radar Techno logy and Applications XVII BaltiMore,Maryland,USA,May 1–3,2012 p8379

[6]Fiocco G,Beneditti MG,Maschberger K,Madonna E 1971 Nature Phys.Sci.229 78

[7]Guo J J,Yan S A,W u S H,Song X Q,Liu Z S 2008 J.Optoe.Laser 19 66(in Chinese)[郭金家,閆召愛,吳松華,宋小全,劉智深2008光電子激光19 66]

[8]ShiMizu H,Lee S A,She C Y 1983 Appl.Opt.22 1373

[9]A lvarez R J,Caldwell L M,Li Y H,K rueger D A,She C Y 1990 J.AtMos.Ocean.Technol.7 876

[10]Hua D X,Uchida M,Kobayashi T 2005 Appl.Opt.44 1315

[11]G rau l J,Lilly T 2014 Opt.Express 22 20117

[12]Gu Z Y,W itschas B,Water W V D,Ubachs W 2013 Appl.Opt.52 4640

[13]Ma Y,Fan F,Liang K,LiH,Yu Y,Zhou B 2012 J.Opt.14 095703

[14]Gerakis A,Shneider MN,Barker P F 2011 Opt.Express 19 24046

[15]Li C S 2014 Acta Phys.Sin.63 074207(in Chinese)[李長勝2014物理學報63 074207]

[16]W itschas B,Gu Z Y,Ubachs W 2014 Opt.Express 22 29655

[17]K ischkata J,Petersb S,SeMtsiva MP,W egnera T,E lagina M,Monasty rskyia G,F loresa Y,K urlova S,Masselink W T 2014 Infrared Phys.Techn.67 432

[18]A lvarez R J,Caldwell L M,Li Y H,K rueger D A,She C Y 1990 J.AtMos.Ocean.Technol.7 876

[19]Zhong D Z,She W L 2012 Acta Phys.Sin.61 064214(in Chinese)[鐘東洲,佘衛龍2012物理學報61 064214]

[20]W ang Q M,Zhang Y M2006 Meteorol.Sci.Technol.34 246(in Chinese)[王青梅,張以謨2006氣象科技34 246]

(Received 5 DeceMber 2016;revised Manuscrip t received 21 January 2017)

PACS:92.60.hv,78.35.+c,42.68.W t,07.60.LyDOI:10.7498/aps.66.089202

*Pro ject supported by the National Natu ral Science Foundation of China(G rant Nos.61575159,41627807),the Natural Science Foundation of Shaanxi Province,China(G rant No.2016JM6010),the Scientifi c Research P lan Project of Shaanxi Education DepartMent,China(G rant No.15JK 1529),and the China Postdoctoral Science Foundation(G rant No.2015M570846).

?Corresponding author.E-Mail:dengxinhua@xaut.edu.cn

Investigation o f the abso lu te detection Method o f atMospheric teMperatu re based on solid cavity scann ing Fab ry-Perot interferoMeter?

Wang Jun CuiMeng Lu Hong Wang Li Yan Qing Liu Jing-Jing Hua Deng-Xin?

(School ofMechanical and Precision InstruMent Engineering,X i’an University of Technology,X i’an 710048,China)

A tMospheric teMperature is one of the iMportant paraMeters for description of the atMospheric state.A t p resent,the measurement methods based on Rayleigh scattering are eMp loyed to relatively detect atmospheric teMperature profi les.That is to say,the definition of response functions and calibration procedures is required for teMperature retrieval.Because the therMal Motion rate of gas Molecule coMp lies w ith Maxwell distribution,and gas Molecule is always in motion state,the frequency of scattering return signal generates Dopp ler spectral broadening.There is a positive correlation between the fullw idth at halfMaximuMofw idened Dopp ler spectruMand T1/2,atMospheric absolute teMperature can be obtained by Measuring the Dopp ler spectruMshape.In this paper,the fine detection Method of the spectruMshape of Rayleigh scattering and residuary Mie-scattering correction method based on solid cavity scanning Fabry-Perot(F-P)interferoMeter are investigated.According to the characteristics of Ray leigh scattering spectrum,the free spectral range,the geoMetric length of solid cavity,the type of cavity Media,the fu ll w id th at halfMaximum,the reflectivity of cavity,and the scanning step are designed.W hen the electro-optical crystalof KD*P w ith the length of 8.5 mMacts as solid cavity MediuMof scanning F-P interferoMeter,the designed free spectral region and 3 dB bandw id th are 11.5 GHz and 60 MHz at the central wavelength of 354.7 nm,respectively.The energy datuMof 185 discrete points at Rayleigh scattering spectruMare obtained by using an optiMized solid cavity scanning F-P interferometer w ith the scanning voltage of 23.5 V.A fi tting spectruMis generated by eMp loying polynoMial interpolation Method at the atmospheric teMperature of 300 K.ThemaximuMabsolute error and fu llw id th at halfmaximuMerror of Rayleigh scattering spectruMare 22 MHz and 337 kHz,respectively.In order to verify the results,a nuMerical simu lation of Ray leigh scattering spectruMbased on standard atMosphereModeland S6model is perforMed.The detection uncertainty of atmospheric temperature is up to 0.8 K.As SNR(signal to noise ratio)is 10,the detection distance is 4.5 and 7.9 kMat day-tiMe and night-tiMe,respectively.The research p rovides a new solution of fi lter systeMfor the achieveMent of all-tiMe,high-precision,and absolute detection of atMospheric teMperature in the future.In Meteorology,in order to investigate the teMporal and spatial characteristics,the change ru les and physicalmechanisMof weather p rocesses,the teMperature in the boundary layer of urban atMosphere is absolutely detected,where huMan activities are frequent and the changesofweather eleMentsare obviously at day and night.In addition,the absolute detectionMethod ofatMospheric teMperature can p rovide the valid means to research urban heat island,weather forecast for urban environment,and high teMperature alert.In environMental studies,the absolute detection of atMospheric teMperature can p rovide the big aMount of scientific data for establishMent of nuMericalModel and research on air pollution diff usion.There is reference significance for the investigation of fi lter systeMof siMilar lidar.Simultaneously,the scanning fi ltermethod provides a feasible solution for the fi lter systeMw ith the characteristics ofMiniaturization,high anti-interference and high stability in the space-based p latform.

atmospheric teMperature,Rayleigh scattering spectrum,hyperspectral lidar,solid cavity scanning Fabry-Perot interferometer

10.7498/aps.66.089202

?國家自然科學基金(批準號:61575159,41627807)、陜西省自然科學基金(批準號:2016JM6010)、陜西省教育廳科學研究計劃專項(批準號:15JK 1529)和中國博士后科學基金(批準號:2015M570846)資助的課題.

?通信作者.E-Mail:dengxinhua@xau t.edu.cn

?2017中國物理學會C h inese P hysica l Society

http://w u lixb.iphy.ac.cn