Design of Ultraviolet Molecular Doppler Lidar for Wind Measurement at Altitudes of 0.1–20 ㎞

Fahua Shen; Zhifeng Shu; Jihui Dong; Liangliang Yang; Chengyun Zhu; Hua Xu

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자료유형: 학술저널

저자정보: Fahua Shen (Yancheng Teachers University) Zhifeng Shu (Nanjing University of Information Science & Technology) Jihui Dong (Southwest Institute of Technical Physics) Liangliang Yang (Yancheng Teachers University) Chengyun Zhu (Yancheng Teachers University) Hua Xu (Yancheng Teachers University)

저널정보: 한국광학회 Current Optics and Photonics Current Optics and Photonics Vol.9 No.2

발행연도: 2025.4

수록면: 108 - 119 (12page)

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Since aerosols are rare above the boundary layer, Mie Doppler lidar can generally only detect lowaltitude wind speed. Therefore, for wind-field detection at altitudes of 0.1–20 ㎞ a molecular Doppler lidar technology, using a fixed air-gap dual Fabry-Perot etalon as the frequency discriminator and a tunable ultra-violet (UV) laser as the emission source, is proposed. The Rayleigh-Brillouin scattering spectrum of atmospheric molecules is described by a three-Gaussian model, and the parameters of the dual Fabry-Perot etalon are optimized. Simulation results show that in the absence of dust and clouds, the inversion deviation of radial wind speed is less than 0.08 ㎧ within the radial-wind-speed dynamic range of ±10 ㎧ at 100 m of altitude; The deviation is less than 0.1 m/s within the radial-wind-speed dynamic range of ±50 ㎧ above 1.2 km of altitude. By using a 355-㎚ ultraviolet laser with a pulse energy of 400 mJ and repetition frequency of 50 ㎐, and a telescope with a 300-㎜ aperture, vertical resolution of 26 m @ 0.06–10㎞ and 78 m @ 10–20 ㎞, and temporal resolution of 1 min, the system has an allday radial-wind-speed measurement error of less than 1.8 ㎧ between 0.1 to 20 ㎞ of altitude, and a radial-wind-speed error less than 0.54 ㎧ at 10 km of altitude.

#Aerosol backscatter ratio #Doppler lidar #Fabry-Perot etalon #Rayleigh-Brillouin scattering #Wind field

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