El lidar de micropulsos (MPL) es una tecnología de detección atmosférica ampliamente utilizada. Emplea pulsos láser de nanosegundos con alta frecuencia de repetición para lograr la detección de aerosoles y nubes en cualquier condición meteorológica y con alta resolución espaciotemporal. La resolución y la velocidad de respuesta de las tecnologías tradicionales de detección atmosférica son relativamente bajas, lo que dificulta satisfacer las exigencias de una observación precisa de la atmósfera cercana al suelo y en las capas superiores de la atmósfera. Sin embargo, la tecnología lidar de micropulsos compensa eficazmente las deficiencias de los métodos tradicionales y se ha convertido en un equipo clave en los campos de la predicción meteorológica, la protección ambiental y la investigación científica en China. Proporciona datos importantes para abordar los desafíos climáticos y ambientales globales.

1. Arquitectura técnica y principio de funcionamiento

El lidar de micropulsos se compone principalmente de tres unidades básicas que trabajan conjuntamente: emisión láser, recepción óptica y procesamiento de señal.

La unidad de emisión láser utiliza un láser pulsado de alta frecuencia de repetición, cuya longitud de onda de trabajo es principalmente de 532 nm. Algunos sistemas avanzados también admiten una configuración de doble longitud de onda de 1064 nm/532 nm, lo que permite la detección precisa de diferentes componentes atmosféricos a diversas altitudes.

El núcleo de la unidad receptora óptica lo constituyen un telescopio coaxial y un detector de fotodiodo de avalancha (APD). Esta combinación permite capturar y convertir eficazmente las débiles señales de luz retrodispersada producidas por diversas partículas atmosféricas en señales eléctricas utilizables.

La unidad de procesamiento de señales se basa en el principio del tiempo de vuelo en tiempo real de las señales recibidas para invertir sus parámetros. De esta manera, puede analizar con precisión la distribución vertical de la concentración de partículas en la atmósfera, las propiedades ópticas de las nubes, etc.

El principio de funcionamiento del lidar de micropulsos se basa en el mecanismo de interacción entre el láser y los componentes atmosféricos: tras la emisión del pulso láser, este experimenta una dispersión elástica con aerosoles, partículas de nubes, etc., presentes en la atmósfera. El sistema mide con precisión el tiempo de retorno (ToF) de los fotones dispersados ​​y los cambios de intensidad correspondientes. Combinado con el modelo de teoría de dispersión de Mie, invierte parámetros clave como el espesor óptico, el coeficiente de extinción y el coeficiente de retrodispersión de la atmósfera. De este modo, se logra la monitorización dinámica y el análisis cuantitativo del estado de la atmósfera.

2. Práctica de aplicación y ventajas principales

El lidar de micropulsos ha demostrado un valor de aplicación excepcional en múltiples campos:

En el ámbito de la monitorización ambiental, basada en la monitorización del entorno con alta precisión y resolución, el lidar de micropulsos proporciona una base científica para la gobernanza ambiental, ayuda a eliminar gradualmente la contaminación del medio ambiente y logra una gobernanza ambiental sostenible.

En el campo de la investigación de la química atmosférica, la combinación orgánica del lidar de micropulsos con la espectroscopia de absorción diferencial permite obtener simultáneamente datos de concentración de gases importantes como el NO₂ y el O₃, y además, revelar con bastante detalle la generación y la transmisión de la bruma. Esto supone un importante avance en la investigación de las causas de la contaminación atmosférica.

En lo que respecta a la garantía de seguridad aérea, gracias a la completa conexión con el aeropuerto, los resultados de la monitorización meteorológica de alta precisión y largo alcance del lidar de micropulsos se envían en tiempo real al centro de control y despacho del aeropuerto, proporcionando así la alerta meteorológica temprana más fiable para el despegue y el aterrizaje de los vuelos, y ofreciendo una sólida garantía para la operación segura de la aviación.

El sistema lidar de micropulsos presenta las siguientes ventajas:

● Detección de alta resolución: Con una resolución vertical de hasta 15 metros, el diseño multilongitud de onda puede distinguir eficazmente entre arena, polvo y partículas contaminantes.

️ Puede realizar observaciones continuas durante todo el día: puede monitorear los cambios en la estructura vertical de los aerosoles atmosféricos y las nubes las 24 horas del día, los 7 días de la semana, sin interrupción, lo cual es crucial para estudiar las variaciones diurnas de la capa límite atmosférica, la formación y disipación de los procesos de contaminación y la evolución diurna de las nubes.

Integración del sistema: El diseño miniaturizado de los componentes principales permite una rápida implementación en múltiples escenarios.

3. Fuente de luz principal: láser de estado sólido Nd:YAG

El Láseres de microchip de la serie MCA-R desarrollado independientemente por Luz real se puede utilizar en radares láser de micropulsos. Esta serie de láseres de microchip adopta la tecnología de conmutación Q pasiva combinada con un diseño de láser de estado sólido bombeado por diodo, integrando el módulo de bombeo con el cristal láser, proporcionando dos longitudes de onda de 1064 nm y 532 nmEl ancho del pulso láser de salida es de tan solo 2 ns con una frecuencia de repetición de 2,5 kHz. Este láser de estado sólido bombeado por diodos, equipado con un circuito de control miniaturizado, logra una estructura compacta y un rendimiento estable, cumpliendo con los requisitos de diseño miniaturizado y aplicación en múltiples escenarios de los sistemas MPL.

Láseres de microchip utilizados en lidar de micropulsos

Láseres de microchip utilizados en lidar de micropulsos

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