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测风激光雷达可“追捕”大气污染源

  中国科学技术大学窦贤康课题组夏海云与潘建伟课题组张强合作,在国际上首次实现基于超导纳米线单光子探测器的双频多普勒测风激光雷达。采用最精简的光学结构实现了系统最高稳定性,极大提高了测风激光雷达的实用性和可靠性,更适合机载、星载平台运行。成果日前发表在国际著名光学期刊《光学学报》上。

  传统相干探测激光雷达采用更短激光脉冲,相干效率会随时间下降,实时数据采集和处理均面临巨大挑战,需要大气回波和本振信号波前匹配,也增加了制造和运行难度。由于直接探测测风激光雷达可以利用大气分子、气溶胶的回波信号反演风场,其工作波长可以覆盖紫外到红外,因而直接探测激光雷达则可以避免这些问题。

  “该直接探测激光雷达工作在1548.1纳米,该红外波长人眼允许曝光功率最高、大气透过率最优、太阳和天空辐射背景低。”夏海云博士介绍说,该工作波长属于光纤通信C波段,光电集成器件成熟,全光纤构造的系统采用了单个双频光纤激光器、单个单通道光学鉴频器、单个单模探测器,不需要重复校准。

  据了解,这种最精简的构造提高了系统的稳定性,并可以模块分离式安装。因此,该系统更适合在机载、舰载、星载等大温差、强震动平台上运行。在外场试验中,采用弱激光光源、小望远镜,在10米高度分辨率、10秒时间分辨率条件下,实现了2.7千米高度以下大气的风切变探测。

  夏海云说,该系统可应用于大气污染溯源和扩散预报、航空气象保障、气象气候学研究、风电系统的管理和调配等。在军事应用上,包括弹道修订、航母作业、临近空间环境保障、精准空投和空中加油等都有很好的前景。(记者吴长锋)

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