應(yīng)用在微脈沖激光雷達的微片激光器
微脈沖激光雷達（Micro-Pulse Lidar, MPL）是一種應(yīng)用廣泛的大氣探測技術(shù)，采用高重復(fù)頻率的納秒級激光脈沖，實現(xiàn)了對氣溶膠與云層的全天時、高時空分辨率探測。傳統(tǒng)的大氣探測技術(shù)的分辨率和響應(yīng)速度都相對較低，難以真正地滿足對近地面及高空大氣的精細化的觀測的需求，而微脈沖激光雷達技術(shù)能有效彌補了傳統(tǒng)手段的不足，并已成為我國氣象預(yù)報、環(huán)境保護和科學(xué)研究領(lǐng)域的關(guān)鍵裝備，為應(yīng)對全球氣候與環(huán)境挑戰(zhàn)提供了重要的數(shù)據(jù)支撐。
一．技術(shù)架構(gòu)與工作原理：
微脈沖激光雷達主要由三大核心單元協(xié)同構(gòu)成：激光發(fā)射、光學(xué)接收與信號處理。
激光發(fā)射單元采用高重復(fù)頻率的脈沖激光器，其工作波長以532nm為主；部分先進系統(tǒng)還支持1064nm/532nm的雙波長配置，可以實現(xiàn)對大氣中不同高度的不同大氣組分的精準探測。
光學(xué)接收單元的核心是同軸望遠鏡與雪崩光電二極管（APD）探測器，該組合能高效地將由大氣的各類的顆粒物產(chǎn)生的微弱的后向的散射光的信號都捕獲并轉(zhuǎn)換為可用的電信號。
信號處理單元則依托于對接收的信號的實時的飛行時間的原理對其進行參數(shù)的反演，最終可對大氣中的顆粒物的濃度、云層的光學(xué)的特性等都能對其的垂直的分布都能得到較好的解析。
微脈沖激光雷達的工作原理依托于激光與大氣成分的相互作用機制：激光脈沖發(fā)射后，與大氣中的氣溶膠、云粒子等發(fā)生彈性散射，系統(tǒng)對其返回的散射光子的時間（ToF）及相應(yīng)的強度的變化作了精確的測量，結(jié)合了米氏的散射理論模型，對大氣的光學(xué)厚度、消光系數(shù)及后向散射系數(shù)等核心的參數(shù)進行反演，從而實現(xiàn)了對大氣的狀態(tài)的動態(tài)的監(jiān)測與定量的分析。
二．應(yīng)用實踐與核心優(yōu)勢：
微脈沖激光雷達在多個領(lǐng)域展現(xiàn)出突出的應(yīng)用價值：
在環(huán)境監(jiān)測領(lǐng)域方面，基于對環(huán)境的高精度的高分辨的監(jiān)測，微脈沖激光雷達為環(huán)境的治理提供了科學(xué)的依據(jù)，協(xié)助逐步清除環(huán)境中的污染，實現(xiàn)了環(huán)境的可持續(xù)的治理。
在大氣化學(xué)研究方面，憑借將微脈沖激光雷達與差分吸收光譜的技術(shù)有機地聯(lián)用，不僅能夠同步地獲取到NO?、O?等主要的氣體的濃度的數(shù)據(jù)，而且對霧霾的生成、傳輸?shù)榷加辛溯^為深入的揭示，對大力推動了大氣污染的成因的精細化的研究都有著很大的推動作用。
在航空安全保障方面，基于與機場的完善的對接手段，將微脈沖激光雷達的高精度的遠距離的天氣監(jiān)測成果實時地反饋給機場的調(diào)度指揮中心，從而為航班的起降提供了最為可靠的氣象的預(yù)警，有效的為航空的安全的運行提供了堅強的保障。
微脈沖激光雷達系統(tǒng)具有以下幾方面的優(yōu)勢：
1.?高分辨率探測：垂直分辨率達15米，多波長設(shè)計可對沙塵與污染顆粒進行有效區(qū)分。
2.?可進行全天時連續(xù)觀測：能夠7×24小時不間斷地監(jiān)測大氣氣溶膠和云的垂直結(jié)構(gòu)變化，對于研究大氣邊界層日變化、污染過程的形成與消散、云的晝夜演變等過程至關(guān)重要。
3.?系統(tǒng)集成化：核心部件小型化設(shè)計，實現(xiàn)多場景的快速部署。
三．核心光源-Nd: YAG固體激光器
杏林睿光自主研發(fā)的MCA-R系列微片激光器可用于微脈沖激光器雷達。該系列微片激光器采用的是被動調(diào)Q技術(shù)結(jié)合半導(dǎo)體泵浦固體激光設(shè)計，將泵浦模塊與激光晶體集成，提供1064nm和532nm兩種波長，輸出的激光脈沖寬度短至2ns、重頻為2.5kHz。這款半導(dǎo)體泵浦固體激光器并配套小型化驅(qū)動電路，實現(xiàn)結(jié)構(gòu)緊湊與性能穩(wěn)定，滿足MPL系統(tǒng)小型化設(shè)計、多場景應(yīng)用的要求。
應(yīng)用在微脈沖激光雷達的微片激光器
應(yīng)用在微脈沖激光雷達的微片激光器參數(shù)
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