近日，中國(guó)科學(xué)院安徽光學(xué)精密機(jī)械研究所劉東研究員、吳德成副研究員團(tuán)隊(duì)在臨近空間大氣風(fēng)場(chǎng)激光雷達(dá)探測(cè)新技術(shù)上取得新進(jìn)展。該團(tuán)隊(duì)利用超窄帶單通道法布里-珀羅標(biāo)準(zhǔn)具濾波技術(shù)與激光跳頻技術(shù)，提出了一種適用于瑞利散射多普勒測(cè)風(fēng)激光雷達(dá)的鑒頻方法，在理論上對(duì)該方法中的核心技術(shù)參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，并對(duì)風(fēng)速測(cè)量誤差進(jìn)行了模擬仿真計(jì)算和分析。

相關(guān)成果以《瑞利散射測(cè)風(fēng)激光雷達(dá)雙頻比鑒頻技術(shù)研究》為題，發(fā)表在國(guó)際知名光學(xué)期刊Optics Express上。時(shí)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(fēng)場(chǎng)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(dá)是當(dāng)前高精度、高時(shí)空分辨率探測(cè)臨近空間大氣風(fēng)場(chǎng)的主要技術(shù)手段。鑒頻器是瑞利散射多普勒激光雷達(dá)中的核心器件，目前主要有雙通道或三通道法布里-珀羅標(biāo)準(zhǔn)具和原子/分子濾波器兩種技術(shù)路線。原子/分子濾波器技術(shù)路線只能適用于某些特定波長(zhǎng)的激光雷達(dá)；法布里-珀羅標(biāo)準(zhǔn)具技術(shù)路線對(duì)激光雷達(dá)工作波長(zhǎng)的選擇沒(méi)有限制，但是雙通道或三通道法布里-珀羅標(biāo)準(zhǔn)具的技術(shù)難度大、成本高，國(guó)內(nèi)相關(guān)產(chǎn)品的技術(shù)成熟度低，兩者都有局限。

因此，針對(duì)臨近空間大氣風(fēng)場(chǎng)探測(cè)激光雷達(dá)中的核心鑒頻問(wèn)題，團(tuán)隊(duì)提出了用于大氣分子瑞利散射回波信號(hào)的雙頻比率鑒頻技術(shù)，利用低成本、高成熟度的單通道法布里-珀羅標(biāo)準(zhǔn)具作為濾波器件，并聯(lián)合成熟的激光跳頻技術(shù)，通過(guò)發(fā)射和接收兩個(gè)不同頻率的激光脈沖和大氣分子瑞利散射回波信號(hào)，實(shí)現(xiàn)大氣風(fēng)場(chǎng)的探測(cè)。通過(guò)對(duì)雙頻比率鑒頻技術(shù)的鑒頻靈敏度和系統(tǒng)探測(cè)誤差進(jìn)行分析，確定了標(biāo)準(zhǔn)具和激光器最優(yōu)的技術(shù)參數(shù)；模擬仿真計(jì)算和分析表明，和傳統(tǒng)技術(shù)相比，此新鑒頻技術(shù)具有更強(qiáng)的臨近空間大氣風(fēng)場(chǎng)探測(cè)能力。

團(tuán)隊(duì)提出的雙頻比率鑒頻技術(shù)中采用成熟的單元技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)瑞利散射多普勒激光雷達(dá)中核心鑒頻器件的國(guó)產(chǎn)化替代。該鑒頻方法還適用于對(duì)流層大氣風(fēng)場(chǎng)探測(cè)，適用于機(jī)載和星載大氣風(fēng)場(chǎng)探測(cè)激光雷達(dá)中，更好地服務(wù)于氣象、環(huán)境、民航、國(guó)防等領(lǐng)域。

圖片:W020241216544529906057.jpg

雙頻比率鑒頻技術(shù)原理示意圖

該研究獲得了中國(guó)科學(xué)院科技創(chuàng)新重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室基金項(xiàng)目和中國(guó)科學(xué)院合肥物質(zhì)科學(xué)研究院院長(zhǎng)基金項(xiàng)目的支持。

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