測風(fēng)激光雷達(dá)可“追捕”大氣污染源

       中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)竇賢康課題組夏海云與潘建偉課題組張強(qiáng)合作，在國際上首次實(shí)現(xiàn)基于超導(dǎo)納米線單光子探測器的雙頻多普勒測風(fēng)激光雷達(dá)。采用最精簡的光學(xué)結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)最高穩(wěn)定性，極大提高了測風(fēng)激光雷達(dá)的實(shí)用性和可靠性，更適合機(jī)載、星載平臺(tái)運(yùn)行。成果日前發(fā)表在國際著名光學(xué)期刊《光學(xué)學(xué)報(bào)》上。
 　　傳統(tǒng)相干探測激光雷達(dá)采用更短激光脈沖，相干效率會(huì)隨時(shí)間下降，實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集和處理均面臨巨大挑戰(zhàn)，需要大氣回波和本振信號(hào)波前匹配，也增加了制造和運(yùn)行難度。由于直接探測測風(fēng)激光雷達(dá)可以利用大氣分子、氣溶膠的回波信號(hào)反演風(fēng)場，其工作波長可以覆蓋紫外到紅外，因而直接探測激光雷達(dá)則可以避免這些問題。
 　　“該直接探測激光雷達(dá)工作在1548.1納米，該紅外波長人眼允許曝光功率最高、大氣透過率最優(yōu)、太陽和天空輻射背景低。”夏海云博士介紹說，該工作波長屬于光纖通信C波段，光電集成器件成熟，全光纖構(gòu)造的系統(tǒng)采用了單個(gè)雙頻光纖激光器、單個(gè)單通道光學(xué)鑒頻器、單個(gè)單模探測器，不需要重復(fù)校準(zhǔn)。
 　　據(jù)了解，這種最精簡的構(gòu)造提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性，并可以模塊分離式安裝。因此，該系統(tǒng)更適合在機(jī)載、艦載、星載等大溫差、強(qiáng)震動(dòng)平臺(tái)上運(yùn)行。在外場試驗(yàn)中，采用弱激光光源、小望遠(yuǎn)鏡，在10米高度分辨率、10秒時(shí)間分辨率條件下，實(shí)現(xiàn)了2.7千米高度以下大氣的風(fēng)切變探測。
 　　夏海云說，該系統(tǒng)可應(yīng)用于大氣污染溯源和擴(kuò)散預(yù)報(bào)、航空氣象保障、氣象氣候?qū)W研究、風(fēng)電系統(tǒng)的管理和調(diào)配等。在軍事應(yīng)用上，包括彈道修訂、航母作業(yè)、臨近空間環(huán)境保障、精準(zhǔn)空投和空中加油等都有很好的前景。
 　　編輯點(diǎn)評
 　　傳統(tǒng)相干探測激光雷達(dá)采用更短激光脈沖，相干效率會(huì)隨時(shí)間下降，實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集和處理均面臨巨大挑戰(zhàn)。科研人員首次實(shí)現(xiàn)基于超導(dǎo)納米線單光子探測器的雙頻多普勒測風(fēng)激光雷達(dá)，采用最精簡的光學(xué)結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)最高穩(wěn)定性，極大提高了測風(fēng)激光雷達(dá)的實(shí)用性和可靠性。