마이크로펄스 라이다에 사용되는 마이크로칩 레이저, RealLight

마이크로펄스 라이다에 사용되는 마이크로칩 레이저

2025년 12월 15일

마이크로펄스 라이다(MPL)는 대기 탐지에 널리 사용되는 기술입니다. 나노초 수준의 레이저 펄스를 높은 반복 주파수로 이용하여 기상 조건과 관계없이 높은 시공간 해상도로 에어로졸과 구름을 탐지할 수 있습니다. 기존 대기 탐지 기술은 해상도와 응답 속도가 상대적으로 낮아 지표면 및 상층 대기의 정밀 관측 요구를 충족하기 어려웠습니다. 그러나 마이크로펄스 라이다 기술은 이러한 기존 방식의 단점을 효과적으로 보완하여 중국에서 기상 예보, 환경 보호 및 과학 연구 분야의 핵심 장비로 자리 잡았습니다. 또한 지구 기후 및 환경 문제 해결에 중요한 데이터 자료를 제공하고 있습니다.

1. 기술 아키텍처 및 작동 원리

마이크로펄스 라이다는 레이저 방출, 광학 수신 및 신호 처리라는 세 가지 핵심 구성 요소가 함께 작동하여 구성됩니다.

레이저 방출 장치는 높은 반복률의 펄스 레이저를 채택하며, 주요 작동 파장은 532nm입니다. 일부 고급 시스템은 1064nm/532nm의 이중 파장 구성을 지원하여 대기 중 다양한 고도에서 서로 다른 대기 성분을 정밀하게 감지할 수 있습니다.

광학 수신 장치의 핵심은 동축 망원경과 애벌랜치 광다이오드(APD) 검출기입니다. 이 조합을 통해 다양한 대기 입자에서 발생하는 미약한 후방 산란광 신호를 효율적으로 포착하고 사용 가능한 전기 신호로 변환할 수 있습니다.

신호 처리 장치는 수신된 신호의 실시간 전송 시간 원리를 이용하여 매개변수를 역산합니다. 이를 통해 대기 중 미세먼지 농도의 수직 분포, 구름의 광학적 특성 등을 정확하게 분석할 수 있습니다.

마이크로펄스 라이더의 작동 원리는 레이저와 대기 구성 요소 간의 상호 작용 메커니즘에 기반합니다. 레이저 펄스가 방출되면 대기 중의 에어로졸, 구름 입자 등과 탄성 산란을 일으킵니다. 이 시스템은 산란된 광자의 귀환 시간(ToF)과 그에 따른 강도 변화를 정밀하게 측정합니다. 미에 산란 이론 모델과 결합하여 대기의 광학 두께, 소멸 계수, 후방 산란 계수와 같은 핵심 매개변수를 역산합니다. 이를 통해 대기 상태의 동적 모니터링 및 정량적 분석이 가능해집니다.

2. 응용 사례 및 핵심 장점

마이크로펄스 라이다는 여러 분야에서 뛰어난 응용 가치를 입증했습니다.

환경 모니터링 분야에서 마이크로펄스 라이더는 고정밀, 고해상도 환경 모니터링을 기반으로 환경 관리에 과학적 근거를 제공하고, 환경 오염의 점진적 제거를 지원하며, 지속 가능한 환경 관리를 실현하는 데 기여합니다.

대기화학 연구 분야에서 마이크로펄스 라이더와 차분흡수분광법을 유기적으로 결합함으로써, NO₂와 O₃와 같은 주요 기체의 농도 데이터를 동시에 얻을 수 있을 뿐만 아니라, 미세먼지의 생성 및 전파 과정까지 비교적 심층적으로 규명할 수 있게 되었습니다. 이는 대기오염 원인에 대한 정밀한 연구에 상당한 진전을 가져올 것으로 기대됩니다.

항공 안전 보장 측면에서, 공항과의 완벽한 연결 시스템을 기반으로 고정밀 장거리 기상 관측 장비인 마이크로펄스 라이더의 결과를 공항 관제센터에 실시간으로 전송하여 항공기 이착륙에 대한 가장 신뢰할 수 있는 기상 조기 경보를 제공하고 항공 안전 운항을 효과적으로 보장합니다.

마이크로펄스 라이다 시스템은 다음과 같은 장점을 가지고 있습니다.

• 고해상도 감지: 최대 15미터의 수직 해상도를 갖춘 다중 파장 설계로 모래, 먼지 및 오염 입자를 효과적으로 구분할 수 있습니다.

• 하루 종일 지속적인 관측이 가능합니다. 대기 에어로졸과 구름의 수직 구조 변화를 24시간 내내 중단 없이 모니터링할 수 있어 대기 경계층의 일일 변화, 오염 과정의 생성 및 소멸, 구름의 일일 변화 연구에 매우 중요합니다.

• 시스템 통합: 핵심 구성 요소의 소형화 설계로 다양한 시나리오에서 신속한 배포가 가능합니다.

3. 핵심 광원 - Nd:YAG 고체 레이저

그만큼 MCA-R 시리즈 마이크로칩 레이저 독자적으로 개발됨 리얼라이트 마이크로펄스 레이저 레이더에 사용될 수 있습니다. 이 마이크로칩 레이저 시리즈는 수동 Q 스위칭 기술과 다이오드 펌핑 고체 레이저 설계를 결합하여 펌프 모듈과 레이저 결정을 통합함으로써 두 가지 파장을 제공합니다. 1064nm 그리고 532nm이 다이오드 펌핑 고체 레이저는 소형 구동 회로를 탑재하여 컴팩트한 구조와 안정적인 성능을 구현함으로써 MPL 시스템의 소형화 설계 및 다양한 시나리오 적용 요구 사항을 충족합니다.

마이크로펄스 라이다에 사용되는 마이크로칩 레이저

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