安徽光機所在大氣風場激光雷達探測新技術上取得新進展

近日，中國科學院安徽光學精密機械研究所劉東研究員、吳德成副研究員團隊在臨近空間大氣風場激光雷達探測新技術上取得新進展。該團隊利用超窄帶單通道法布里-珀羅標準具濾波技術與激光跳頻技術，提出了一種適用于瑞利散射多普勒測風激光雷達的鑒頻方法，在理論上對該方法中的核心技術參數(shù)進行優(yōu)化設計，并對風速測量誤差進行了模擬仿真計算和分析。

相關成果以《瑞利散射測風激光雷達雙頻比鑒頻技術研究》為題，發(fā)表在國際知名光學期刊Optics Express上。時威碩士研究生為論文的第一作者，吳德成副研究員為論文的通訊作者。

大氣風場是臨近空間極為重要的大氣環(huán)境要素之一。瑞利散射多普勒激光雷達是當前高精度、高時空分辨率探測臨近空間大氣風場的主要技術手段。鑒頻器是瑞利散射多普勒激光雷達中的核心器件，目前主要有雙通道或三通道法布里-珀羅標準具和原子/分子濾波器兩種技術路線。原子/分子濾波器技術路線只能適用于某些特定波長的激光雷達；法布里-珀羅標準具技術路線對激光雷達工作波長的選擇沒有限制，但是雙通道或三通道法布里-珀羅標準具的技術難度大、成本高，國內相關產品的技術成熟度低，兩者都有局限。

因此，針對臨近空間大氣風場探測激光雷達中的核心鑒頻問題，團隊提出了用于大氣分子瑞利散射回波信號的雙頻比率鑒頻技術，利用低成本、高成熟度的單通道法布里-珀羅標準具作為濾波器件，并聯(lián)合成熟的激光跳頻技術，通過發(fā)射和接收兩個不同頻率的激光脈沖和大氣分子瑞利散射回波信號，實現(xiàn)大氣風場的探測。通過對雙頻比率鑒頻技術的鑒頻靈敏度和系統(tǒng)探測誤差進行分析，確定了標準具和激光器最優(yōu)的技術參數(shù)；模擬仿真計算和分析表明，和傳統(tǒng)技術相比，此新鑒頻技術具有更強的臨近空間大氣風場探測能力。

團隊提出的雙頻比率鑒頻技術中采用成熟的單元技術，可以實現(xiàn)瑞利散射多普勒激光雷達中核心鑒頻器件的國產化替代。該鑒頻方法還適用于對流層大氣風場探測，適用于機載和星載大氣風場探測激光雷達中，更好地服務于氣象、環(huán)境、民航、國防等領域。

圖片:W020241216544529906057.jpg

雙頻比率鑒頻技術原理示意圖

該研究獲得了中國科學院科技創(chuàng)新重點實驗室基金項目和中國科學院合肥物質科學研究院院長基金項目的支持。

論文鏈接：https://opg.optica.org/oe/fulltext.cfm?uri=oe-32-26-45860&id=565021