基于后向散射的战场化学毒剂激光侦测技术研究

摘要

二十世纪九十年代以来，国际上连续发生多起恐怖分子利用化学武器对地铁、广场等人口密集区域进行袭击的事件，造成大量的人员伤亡的同时引起民众极大的恐慌，使得化学武器检测的关注到达前所未有的程度。本论文在对各种激光侦测技术进行深入了解，对比了各种技术的优劣性以后，提出构建基于后向散射和拉曼光谱技术的战场毒剂侦测设备来实现对可疑区域内有毒化学物质的侦测。以下为本文的主要内容：
　　文章首先对战场毒剂检测技术和拉曼光谱检测技术的发展现状进行了描述，对在实际检测领域中得到应用的各种分析手段进行优缺点对比，综合考虑各种因素，选择拉曼光谱技术作为基于后向散射的战场毒剂激光侦测设备的技术方案。
　　分别使用经典理论和量子化理论对拉曼光谱的技术原理进行了描述，并通过经典理论和量子化理论导出了拉曼微分散射截面公式。对后向散射信号收集技术原理进行了介绍，推导出了在一定接收天线面积下的拉曼后向散射信号强度公式。
　　根据基于后向散射的战场毒剂激光侦测设备的功能需求，提出了发射及接收模块的各项设计目标。运用数值计算软件，对发射激光功率与后向散射信号功率之间的关系进行了仿真验算，确定了基于后向散射的战场毒剂激光侦测设备的功率指标。根据普通拉曼光谱仪的研制原理结合后向散射信号收集技术原理，提出了基于后向散射的战场毒剂激光侦测设备的结构设计方案。
　　通过设计相关硬件电路及选择合适 CPU芯片、调制电路，实现了激光功率控制单元的设计目标；通过相关公式的推导以及数学计算软件的仿真验算，得到了激光扩束部件的初步设计参数；使用光学设计软件，对激光扩束部件进行了优化设计，并得到了实现部件设计目标的元件参数。
　　为达到接收模块设计目标，选择了卡塞格林发射及接收同轴天线结构；使用光学设计软件中的斯密特矫正器对接收天线进行了优化设计，得到了优化后的元件参数；选择了满足设备设计目标的窄带带阻滤光片；设计了满足设备设计目标的光阑；通过选择色散元件、设计物镜，并运用光学设计软件对光路进行优化，导出了满足系统设计目标的分光部件各元件参数及性能指标；在光学设计软件中对接收模块进行整体级联，确定了各部件的位置参数，得到了优化后的接收模块整体光路。

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第一章 绪论

1.1战场毒剂激光侦测技术发展概述

1.2 基于后向散射的战场毒剂激光侦测技术研究意义

1.3 本文主要内容

第二章 基本理论

2.1 拉曼光谱技术原理

2.2 后向散射技术原理

第三章 战场化学毒剂激光侦测设备整体设计

3.1 战场化学毒剂激光侦测设备功率分配

3.2基于后向散射的战场毒剂激光侦测设备系统方案

第四章 发射模块设计与优化

4.1 激光功率控制单元设计

4.2 激光扩束及准直单元设计

4.3 本章小结

第五章 接收模块设计与优化

5.1发射及接收天线

5.2 窄带带阻滤光片

5.3 光阑

5.4 分光部件设计与优化

5.5 接收模块整体级联

5.6 本章小结

第六章 结论与展望

致谢

参考文献

攻硕期间取得的成果

附录 1 发射接收功率关系仿真验算程序

附录2 激光扩束单元初步设计参数计算程序