يُعدّ نظام ليدار النبضات الدقيقة (MPL) تقنيةً شائعة الاستخدام في رصد الغلاف الجوي. فهو يستخدم نبضات ليزرية فائقة السرعة (بمستوى النانوثانية) ذات تردد تكرار عالٍ، ما يُتيح رصد الهباء الجوي والسحب بدقة مكانية وزمانية عالية في جميع الأحوال الجوية. تتميز تقنيات رصد الغلاف الجوي التقليدية بانخفاض دقة وسرعة الاستجابة، ما يُصعّب تلبية متطلبات الرصد الدقيق للغلاف الجوي القريب من سطح الأرض والطبقات العليا. إلا أن تقنية ليدار النبضات الدقيقة تُعالج بفعالية أوجه القصور في الطرق التقليدية، وقد أصبحت أداةً أساسيةً في مجالات التنبؤات الجوية وحماية البيئة والبحث العلمي في الصين، إذ تُوفّر بياناتٍ بالغة الأهمية لمواجهة التحديات المناخية والبيئية العالمية.

1. البنية التقنية ومبدأ العمل

يتكون نظام الليدار النبضي الدقيق بشكل أساسي من ثلاث وحدات أساسية تعمل معًا: انبعاث الليزر، والاستقبال البصري، ومعالجة الإشارة.

تعتمد وحدة انبعاث الليزر على ليزر نبضي ذي معدل تكرار عالٍ، ويبلغ طول موجته التشغيلية بشكل أساسي 532 نانومتر. كما تدعم بعض الأنظمة المتقدمة تكوينًا ثنائي الطول الموجي 1064 نانومتر/532 نانومتر، مما يتيح الكشف الدقيق عن مختلف مكونات الغلاف الجوي على ارتفاعات مختلفة.

يتكون جوهر وحدة الاستقبال البصرية من تلسكوب محوري وكاشف ضوئي من نوع الصمام الثنائي الانهياري (APD). يستطيع هذا المزيج التقاط وتحويل إشارات الضوء الضعيفة المتناثرة الناتجة عن جزيئات الغلاف الجوي المختلفة بكفاءة إلى إشارات كهربائية قابلة للاستخدام.

تعتمد وحدة معالجة الإشارات على مبدأ زمن انتقال الإشارات المستقبلة في الوقت الفعلي لعكس خصائصها. وبذلك، تستطيع تحليل التوزيع الرأسي لتركيز الجسيمات في الغلاف الجوي، والخصائص البصرية للسحب، وغيرها بدقة.

يعتمد مبدأ عمل نظام الليدار النبضي الدقيق على آلية التفاعل بين الليزر ومكونات الغلاف الجوي: فبعد انبعاث نبضة الليزر، تتعرض لتشتت مرن مع الهباء الجوي وجزيئات السحب وغيرها في الغلاف الجوي. يقيس النظام بدقة زمن عودة الفوتونات المتشتتة والتغيرات المصاحبة في شدتها. وبالاستعانة بنموذج نظرية التشتت لمي، يحسب النظام معلمات أساسية مثل السماكة البصرية ومعامل الانقراض ومعامل التشتت العكسي للغلاف الجوي. وبذلك، أصبح بالإمكان رصد حالة الغلاف الجوي ديناميكيًا وتحليلها كميًا.

2. ممارسة التطبيق والمزايا الأساسية

أثبتت تقنية الليدار النبضي الدقيق قيمة تطبيقية متميزة في مجالات متعددة:

في مجال الرصد البيئي، وبناءً على الرصد عالي الدقة والوضوح للبيئة، يوفر نظام الليدار النبضي الدقيق أساسًا علميًا للحوكمة البيئية، ويساعد في القضاء التدريجي على التلوث في البيئة، ويحقق حوكمة بيئية مستدامة.

في مجال أبحاث كيمياء الغلاف الجوي، ومن خلال دمج تقنية الليدار النبضي الدقيق مع تقنية مطيافية الامتصاص التفاضلي، لم يقتصر الأمر على إمكانية الحصول على بيانات تركيز الغازات الرئيسية مثل ثاني أكسيد النيتروجين والأكسجين في آن واحد، بل تم الكشف أيضاً عن توليد وانتقال الضباب الدخاني بطريقة معمقة نسبياً. وقد كان لهذا أثر بالغ في تعزيز البحث الدقيق في أسباب تلوث الهواء.

فيما يتعلق بضمان سلامة الطيران، واستنادًا إلى وسائل الاتصال الكاملة مع المطار، يتم إرسال نتائج مراقبة الطقس عالية الدقة وبعيدة المدى لجهاز الليدار النبضي الصغير إلى مركز الإرسال والتحكم في المطار في الوقت الفعلي، مما يوفر إنذارًا مبكرًا موثوقًا به للأرصاد الجوية لإقلاع وهبوط الرحلات الجوية، ويوفر بشكل فعال ضمانًا قويًا للتشغيل الآمن للطيران.

يتميز نظام الليدار النبضي الدقيق بالمزايا التالية:

الكشف عالي الدقة: بفضل الدقة الرأسية التي تصل إلى 15 مترًا، يمكن للتصميم متعدد الأطوال الموجية التمييز بشكل فعال بين الرمال والغبار وجزيئات التلوث.

ويمكنه إجراء مراقبة مستمرة طوال اليوم: يمكنه مراقبة التغيرات في البنية الرأسية للهباء الجوي والغيوم على مدار الساعة طوال أيام الأسبوع دون انقطاع، وهو أمر بالغ الأهمية لدراسة التغيرات اليومية لطبقة الحدود الجوية، وتكوين عمليات التلوث وتبددها، والتطور اليومي للغيوم.

تكامل النظام: يتيح التصميم المصغر للمكونات الأساسية النشر السريع في سيناريوهات متعددة.

3. مصدر الضوء الأساسي - ليزر الحالة الصلبة Nd:YAG

ال ليزرات الرقائق الدقيقة من سلسلة MCA-R تم تطويره بشكل مستقل بواسطة ريل لايت يمكن استخدامها في رادارات الليزر النبضية الدقيقة. تعتمد هذه السلسلة من ليزرات الرقائق الدقيقة تقنية التبديل السلبي Q مع تصميم ليزر الحالة الصلبة المضخّم بالديود، حيث تدمج وحدة الضخ مع بلورة الليزر، مما يوفر طولين موجيين. 1064 نانومتر و 532nmويبلغ عرض نبضة الليزر الخارجة 2 نانوثانية فقط، بمعدل تكرار 2.5 كيلوهرتز. يتميز هذا الليزر ذو الحالة الصلبة، المضخّم بالديود والمجهز بدائرة قيادة مصغّرة، ببنية مدمجة وأداء مستقر، ما يلبي متطلبات التصميم المصغر وتطبيقات أنظمة الليزر متعدد السيناريوهات.

ليزرات الرقائق الدقيقة المستخدمة في تقنية الليدار النبضي الدقيق

ليزرات الرقائق الدقيقة المستخدمة في تقنية الليدار النبضي الدقيق

للحصول على مزيد من التفاصيل حول المنتج، يرجى الاتصال بفريق مبيعات ريل لايت!

تنويه: بعض محتوى هذه المقالة مأخوذ من الإنترنت لأغراض البحث والمناقشة التقنية. وهي مخصصة للاطلاع والتعلم فقط. يُرجى التفضل بالإبلاغ عن أي معلومات غير دقيقة. في حال وجود أي مشاكل متعلقة بحقوق النشر، يُرجى التواصل معنا للتحقق من المحتوى وإزالته.