平流层风场观测在日地关系研究、大气气候研究和航空航天工业发展等方面具有重要的作用。中国科学技术大学研制了一套探测高度15-60km的平流层测风激光雷达系统,该套激光雷达系统由三台分系统组成,每台分系统都是一个基于双边缘技术的直接探测测风激光雷达。三台分系统中两台斜探测系统能够测量径向风速进而合成大气水平风场,垂直探测系统可以用于测量垂直风场,也可以用于测量大气的温度廓线。除去垂直分系统的测温模块外,三台系统的组成结构相同,由激光发射机、收发光学望远镜、光学接收机和数据采集与系统控制部分组成。接收机是激光雷达的核心部件,直接决定激光雷达的性能。根据本套车载平流层测风激光雷达的要求,设计了光纤结构接收机。光纤结构接收机由Fabry-Perot标准具、光纤分束器、光电探测器以及准直与聚焦透镜等四部分组成。按照双边缘技术原理给出了接收机的工作流程并分析和设计了接收机中所需要的各器件的参数。接收机锁定通道通过实时计算出射激光在Fabry-Perot标准具上的透过率值并反馈调节Fabry-Perot标准具的腔长实现对激光频率的主动跟踪和锁定。激光锁定的效果取决于透过率值计算的精度。由于出射激光脉宽仅有约6ns,数据采样点较少。为了增加一个脉冲内的采样点数,获取更加准确的脉冲信息,在锁定通道加入一个直径200mm的积分球来对出射激光脉冲进行展宽,展宽后激光脉宽约为13ns。积分球对脉冲的展宽在维持数据采集卡采样速率不变的情况下增加了采样点数,提高了锁定通道测量精度。为了提高接收机的集成度和稳定性,平流层测风激光雷达接收机设计采用多模光纤分束器代替常见的棱镜、分束片作为分光器件。在实验中发现光纤分束器的分束比与入射端的光强分布有关,为了性能稳定,要求光纤分束器前的入射光斑强度均匀,该问题在锁定通道尤为重要。在锁定通道中加入积分球后,在展宽激光脉冲的同时光斑也被均匀化,解决了该问题,保证了光纤结构接收机的稳定工作。实验测定了分束器的分束比,实现了对接收机内不同通道的光电效率校准。在接收机光路的基础上设计了接收机透过率扫描实验,对研制完成的光纤结构接收机进行了透过率扫描和性能分析,将实测透过率曲线与理论进行了对比,对比结果基本一致。长时间多次扫描的结果显示了接收机的稳定性,透过率曲线上对应频率位置的透过率值相对标准误差小于6%,优于中国科学技术大学车载瑞利测风激光雷达接收机的表现。接收机在平流层测风激光雷达系统中得到了应用,在2013年和2014年的外场观测和对比试验中,平流层风场探测激光雷达的观测数据与探空气球数据、欧洲中尺度天气预报数据进行了对比,对比结果显示了良好的一致性。借助中国科学技术大学车载瑞利测风激光雷达的高时空分辨率数据,对2011年夏季新疆地区观测到的准零风层现象、尤其是准零风层底部和顶部的高度在夜间的变化趋势进行了分析,对准零风层厚度在夜间“增加—稳定—降低”的变化现象提出了一种解释。