Le lidar à micro-impulsions (MPL) est une technologie de détection atmosphérique largement utilisée. Il utilise des impulsions laser nanosecondes à haute fréquence de répétition pour une détection des aérosols et des nuages ​​par tous les temps et avec une haute résolution spatio-temporelle. La résolution et la vitesse de réponse des technologies de détection atmosphérique traditionnelles sont relativement faibles, ce qui rend difficile de répondre pleinement aux exigences d'observation précise de l'atmosphère proche du sol et de la haute atmosphère. Cependant, la technologie du lidar à micro-impulsions permet de pallier efficacement les lacunes des méthodes traditionnelles et est devenue un équipement clé dans les domaines de la prévision météorologique, de la protection de l'environnement et de la recherche scientifique en Chine. Elle fournit des données essentielles pour relever les défis climatiques et environnementaux mondiaux.

1. Architecture technique et principe de fonctionnement

Le lidar à micro-impulsions est principalement composé de trois unités principales fonctionnant ensemble : l’émission laser, la réception optique et le traitement du signal.

L'unité d'émission laser utilise un laser pulsé à haute fréquence de répétition, et sa longueur d'onde de fonctionnement est principalement de 532 nm. Certains systèmes avancés prennent également en charge une configuration à double longueur d'onde (1064 nm/532 nm), permettant une détection précise des différents composants atmosphériques à diverses altitudes.

Le cœur du système de réception optique est constitué d'un télescope coaxial et d'un détecteur à photodiode à avalanche (APD). Cette combinaison permet de capter et de convertir efficacement les faibles signaux lumineux rétrodiffusés par diverses particules atmosphériques en signaux électriques exploitables.

L'unité de traitement du signal exploite le principe du temps de propagation en temps réel des signaux reçus pour inverser leurs paramètres. Elle peut ainsi analyser avec précision la distribution verticale de la concentration de particules dans l'atmosphère, les propriétés optiques des nuages, etc.

Le principe de fonctionnement du lidar à micro-impulsions repose sur l'interaction entre le laser et les composants atmosphériques : après son émission, l'impulsion laser subit une diffusion élastique au contact des aérosols, des particules nuageuses, etc. Le système mesure avec précision le temps de retour (ToF) des photons diffusés et les variations d'intensité correspondantes. Combiné au modèle de diffusion de Mie, il permet de calculer des paramètres essentiels tels que l'épaisseur optique, le coefficient d'extinction et le coefficient de rétrodiffusion de l'atmosphère. Ainsi, une surveillance dynamique et une analyse quantitative de l'état de l'atmosphère sont possibles.

2. Application pratique et principaux avantages

Le lidar à micro-impulsions a démontré une valeur d'application exceptionnelle dans de nombreux domaines :

Dans le domaine de la surveillance environnementale, grâce à une surveillance de haute précision et haute résolution de l'environnement, le lidar à micro-impulsions fournit une base scientifique à la gouvernance environnementale, contribue à l'élimination progressive de la pollution et permet une gouvernance environnementale durable.

Dans le domaine de la recherche en chimie atmosphérique, la combinaison de la technologie lidar à micro-impulsions et de la spectroscopie d'absorption différentielle permet non seulement d'obtenir simultanément les données de concentration des principaux gaz tels que le NO₂ et l'O₃, mais aussi de révéler de manière relativement approfondie la formation et la propagation du brouillard. Ceci contribue significativement à l'étude précise des causes de la pollution atmosphérique.

En matière de garantie de sécurité aérienne, grâce à une connexion complète avec l'aéroport, les résultats de surveillance météorologique de haute précision et à longue distance du lidar à micro-impulsions sont transmis en temps réel au centre de contrôle et de commande de l'aéroport, fournissant ainsi l'alerte météorologique précoce la plus fiable pour le décollage et l'atterrissage des vols et garantissant efficacement la sécurité des opérations aériennes.

Le système lidar à micro-impulsions présente les avantages suivants :

Détection haute résolution : Avec une résolution verticale allant jusqu'à 15 mètres, la conception multi-longueurs d'onde permet de distinguer efficacement le sable, la poussière et les particules polluantes.

Il peut effectuer une observation continue tout au long de la journée : il peut surveiller les changements de structure verticale des aérosols atmosphériques et des nuages ​​24 heures sur 24 et 7 jours sur 7 sans interruption, ce qui est crucial pour étudier les variations diurnes de la couche limite atmosphérique, la formation et la dissipation des processus de pollution et l'évolution diurne des nuages.

 Intégration du système : La miniaturisation des composants de base permet un déploiement rapide dans de multiples scénarios.

3. Source lumineuse principale - Laser à semi-conducteurs Nd:YAG

Le Lasers à micro-puce de la série MCA-R développé indépendamment par RealLight peuvent être utilisés dans les radars laser à micro-impulsions. Cette série de lasers sur puce adopte une technologie de commutation Q passive combinée à une conception laser à semi-conducteurs pompée par diode, intégrant le module de pompage au cristal laser et fournissant deux longueurs d'onde de 1064 nm et 532 nmCe laser à semi-conducteurs pompé par diode, doté d'un circuit de commande miniaturisé, présente une structure compacte et des performances stables, répondant ainsi aux exigences de miniaturisation et d'applications multiples des systèmes MPL. La largeur d'impulsion de sortie est de seulement 2 ns, avec une fréquence de répétition de 2,5 kHz.

Lasers à micropuce utilisés dans le lidar à micro-impulsions

Lasers à micropuce utilisés dans le lidar à micro-impulsions

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