O Lidar de Micropulso (MPL) é uma tecnologia de detecção atmosférica amplamente utilizada. Ele utiliza pulsos de laser de nanossegundos com alta frequência de repetição para realizar a detecção de aerossóis e nuvens em qualquer condição climática e com alta resolução espaço-temporal. A resolução e a velocidade de resposta das tecnologias tradicionais de detecção atmosférica são relativamente baixas, o que dificulta atender às demandas por observações precisas da atmosfera próxima ao solo e da alta atmosfera. No entanto, a tecnologia Lidar de micropulso pode compensar efetivamente as deficiências dos métodos tradicionais e se tornou um equipamento fundamental nas áreas de previsão meteorológica, proteção ambiental e pesquisa científica na China. Ela fornece dados importantes para o enfrentamento dos desafios climáticos e ambientais globais.

1. Arquitetura técnica e princípio de funcionamento

O lidar de micropulsos é composto principalmente por três unidades principais que trabalham em conjunto: emissão de laser, recepção óptica e processamento de sinal.

A unidade de emissão laser adota um laser pulsado com alta taxa de repetição, e seu comprimento de onda de trabalho é principalmente de 532 nm. Alguns sistemas avançados também suportam uma configuração de comprimento de onda duplo de 1064 nm/532 nm, permitindo a detecção precisa de diferentes componentes atmosféricos em várias altitudes na atmosfera.

O núcleo da unidade receptora óptica é um telescópio coaxial e um detector de fotodiodo de avalanche (APD). Essa combinação consegue capturar e converter eficientemente os fracos sinais de luz retroespalhada produzidos por diversas partículas atmosféricas em sinais elétricos utilizáveis.

A unidade de processamento de sinais utiliza o princípio do tempo de voo em tempo real dos sinais recebidos para inverter seus parâmetros. Dessa forma, ela consegue analisar com precisão a distribuição vertical da concentração de partículas na atmosfera, as propriedades ópticas das nuvens, entre outros.

O princípio de funcionamento do lidar de micropulsos baseia-se no mecanismo de interação entre o laser e os componentes atmosféricos: após a emissão do pulso de laser, este sofre espalhamento elástico com aerossóis, partículas de nuvens, etc., presentes na atmosfera. O sistema mede com precisão o tempo de retorno (ToF) dos fótons espalhados e as correspondentes variações de intensidade. Combinado com o modelo da teoria de espalhamento de Mie, ele inverte parâmetros essenciais como a espessura óptica, o coeficiente de extinção e o coeficiente de retroespalhamento da atmosfera. Dessa forma, é possível realizar o monitoramento dinâmico e a análise quantitativa do estado da atmosfera.

2. Aplicação Prática e Vantagens Essenciais

O lidar de micropulsos demonstrou um valor de aplicação excepcional em múltiplos campos:

No campo do monitoramento ambiental, com base no monitoramento de alta precisão e alta resolução do meio ambiente, o lidar de micropulso fornece uma base científica para a governança ambiental, auxilia na eliminação gradual da poluição no meio ambiente e alcança uma governança ambiental sustentável.

No campo da pesquisa em química atmosférica, a combinação orgânica da tecnologia lidar de micropulsos com a espectroscopia de absorção diferencial permitiu não apenas a obtenção simultânea de dados de concentração de gases importantes como NO₂ e O₃, mas também a compreensão aprofundada da geração e propagação da névoa. Isso tem um impacto significativo no aprimoramento da pesquisa sobre as causas da poluição do ar.

Em termos de garantia de segurança da aviação, graças à completa conectividade com o aeroporto, os resultados do monitoramento meteorológico de alta precisão e longo alcance do lidar de micropulso são enviados em tempo real para o centro de despacho e comando do aeroporto, fornecendo assim o alerta meteorológico mais confiável para a decolagem e o pouso de voos e, efetivamente, garantindo uma operação segura da aviação.

O sistema lidar de micropulsos apresenta as seguintes vantagens:

– Detecção de alta resolução: Com uma resolução vertical de até 15 metros, o design multi-comprimento de onda consegue distinguir eficazmente entre areia, poeira e partículas poluentes.

– Pode realizar observações contínuas ao longo do dia: Pode monitorar as mudanças na estrutura vertical de aerossóis atmosféricos e nuvens 24 horas por dia, 7 dias por semana, sem interrupção, o que é crucial para o estudo das variações diurnas da camada limite atmosférica, da formação e dissipação de processos de poluição e da evolução diurna das nuvens.

– Integração de sistemas: O design miniaturizado dos componentes principais permite uma implantação rápida em múltiplos cenários.

3. Fonte de luz principal - Laser de estado sólido Nd:YAG

O lasers de microchip da série MCA-R desenvolvido independentemente por RealLight Pode ser utilizado em radares a laser de micropulsos. Esta série de lasers de microchip adota a tecnologia de comutação Q passiva combinada com o design de laser de estado sólido bombeado por diodo, integrando o módulo de bombeamento com o cristal laser, fornecendo dois comprimentos de onda de 1064nm e 532nme a largura do pulso do laser de saída é de apenas 2 ns com uma taxa de repetição de 2,5 kHz. Este laser de estado sólido bombeado por diodo, equipado com um circuito de acionamento miniaturizado, alcança uma estrutura compacta e desempenho estável, atendendo aos requisitos de design miniaturizado e aplicação em múltiplos cenários de sistemas MPL.

Lasers de microchip usados ​​em lidar de micropulsos

Lasers de microchip usados ​​em lidar de micropulsos

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