大气折射率是影响光电探测领域测量精度的重要因素。为了提高光电测量精度,提出利用纯转动拉曼激光雷达信号反演低层大气折射率廓线的方法。通过接收N2和O2的纯转动拉曼回波信号,由双光栅单色仪分光后获得高低量子信号。根据高低量子信号的比值反演得出大气温度和大气压强廓线,从而获得大气折射指数垂直分布。通过与折射指数理论模型相比较,表明纯转动拉曼激光雷达反演对流层折射指数有较高的精度。给出了多组折射指数廓线的反演结果,得出多天夜晚不同时刻折射指数的特性。结果表明一天中不同时刻折射指数变化较小,7.5 km内最大相对误差约为0.4%; 不同月份之间折射指数波动较为明显,4.5 km内相对误差可达3.5%左右