Fuente de luz pulsada de detección coherente atmosférica

Doppler Lidar (CDL) coherente es una tecnología de detección remota activa avanzada utilizada principalmente para la medición precisa de los campos de viento atmosférico, así como las propiedades de los aerosoles y las nubes. En su corazón y alma se encuentran la fuente de luz pulsada, que sirve no solo como el "motor" del sistema sino también como el componente crítico que determina el límite superior de su rendimiento de detección.

A diferencia de LiDAR no -} coherente (detección directa), CDL opera con el principio de detección coherente. El sistema emite un pulso láser con frecuencia extremadamente estable e información de fase conocida (llamada "oscilador local" o haz de LO). A medida que este haz se propaga a través de la atmósfera, está disperso por partículas como aerosoles y polvo (retrodisperres). Una fracción muy pequeña de esta luz se dispersa a lo largo de la ruta de transmisión y recibe el LiDAR. Debido a que estas partículas de dispersión están en movimiento en relación con el LiDAR (principalmente debido al viento), la frecuencia de la luz devuelta sufre un cambio de minuto (desplazamiento Doppler) en relación con la luz emitida, según el efecto Doppler.

El ingenio de CDL se encuentra en su método de "heteroding óptico", donde la luz de señal devuelta débil se mezcla con una parte de la luz del oscilador local retenido dentro del sistema. La señal de frecuencia de latido resultante (la señal de frecuencia intermedia) lleva la información de cambio Doppler. Al detectar la frecuencia de esta señal eléctrica, la velocidad radial de las partículas de dispersión a lo largo de la línea - de - Visión de la viga láser se puede recuperar con extrema precisión, obteniendo así la información del vector del viento.

Por lo tanto, la fuente de luz pulsada CDL no es una simple "bombilla" simple sino un dispositivo óptico sofisticado que debe poseer estabilidad de frecuencia extremadamente alta, ancho de línea muy estrecho y propiedades específicas de longitud de onda. Actualmente, la gran mayoría de los sistemas CDL emplean láseres de fibra pulsados ​​altamente coherentes como su fuente de luz.

La fuente de luz pulsada CDL es única porque debe cumplir con los estrictos requisitos físicos de detección coherente. Sus características principales incluyen:

1. Estabilidad de frecuencia extrema y alta y ancho de línea estrecho:Esta es la característica más crítica. El cambio Doppler es muy pequeño (típicamente en el orden de MHz). Si el trabajo o el ancho de línea de frecuencia del láser es demasiado amplio, hundirá por completo la señal útil, lo que conducirá a una falla de detección. Las fuentes de luz CDL generalmente requieren un ancho de línea mucho menos de 1 MHz, a menudo incluso a nivel de kilohertz, con una frecuencia altamente consistente desde el pulso hasta el pulso.

2. Alta potencia de salida y energía de pulso:Para sondear distancias más largas y superar la pérdida de energía debido a la atenuación atmosférica y la ley inversa - cuadrada, la fuente de luz necesita alta potencia máxima y energía de pulso único. Esto garantiza que suficientes fotones alcancen objetivos distantes y se encuentran esparcidos hacia atrás para la detección.

3. Calidad del haz excesivo:La fuente debe emitir una difracción - limitada o cercana - difracción - limitada - Gaussian Beam de calidad. Esto garantiza una buena direccionalidad y enfocabilidad del haz láser, que permite distancias de transmisión más largas y manteniendo un pequeño tamaño de mancha, mejorando así la resolución espacial y la señal - a - ruido.

4. Longitud de onda operativa específica:CDL opera principalmente en el ojo - bandas seguras alrededor de 1.5 μm y 2 μm. Los láseres en estas longitudes de onda tienen un umbral de daño alto para el ojo humano, reduciendo significativamente los riesgos de seguridad de la aplicación y permitiendo el despliegue en áreas relativamente pobladas como aeropuertos y ciudades. Además, estas longitudes de onda son ventanas de transmisión atmosférica, menos afectadas por la absorción de moléculas atmosféricas (p. Ej., Dióxido de carbono, vapor de agua).

5. Alta confiabilidad y compacidad:Beneficiándose de la tecnología láser de fibra, las fuentes de luz CDL modernas son compactos, robustos, mantenimiento - Free (o bajo -} mantenimiento) e insensibles a las variaciones de vibración y temperatura, lo que los hace ideales para plataformas móviles como las aplicaciones basadas en el aire, el traje y el vehículo -}.

Aprovechando la alta -} Capacidades de medición de viento de precisión habilitadas por su fuente de luz pulsada, CDL juega un papel indispensable en numerosos campos:

Energía eólica y pronóstico del tiempo:

• Optimización del parque eólico: se utiliza para medir los vientos de entrada y los campos de estela en los sitios de parques eólicos para optimizar el diseño de la turbina y controlar la guiñada, maximizar la eficiencia de la generación de energía y reducir las cargas de fatiga.
• Advertencia del clima severo: se usa para detectar la cizalladura del viento, las turbulaciones y las microbursts - fenómenos climáticos mortales para la seguridad de la aviación - que proporcionan advertencias para los aeropuertos.
• Investigación meteorológica: se utiliza para estudiar la estructura de la capa límite atmosférica, el intercambio turbulento, los flujos de calor y el momento, etc., mejorando los modelos de predicción del clima numérico.

Seguridad de la aviación:

• Detección de vórtice de Wake Aircraft: las aeronaves grandes generan vórtices de estela intensos durante el despegue y el aterrizaje, que son peligrosos para seguir los aviones. CDL puede monitorear la posición, la resistencia y la disipación de estos vórtices en el tiempo real -, acortando los intervalos de separación de las aeronaves, aumentando la capacidad del aeropuerto y garantizando la seguridad.
• Alerta de corte de viento en el aire: montada en la nariz de una aeronave, investiga el campo de viento a lo largo de la ruta de vuelo, proporcionando a los pilotos advertencias tempranas para evitar zonas de corte de viento.

Defensa y seguridad:

• Corrección del viento balístico: mide con precisión los perfiles de velocidad del viento a lo largo del camino desde el hocico hasta el objetivo, proporcionando datos para la corrección balística en altos sistemas de artillería y francotiradores de precisión, mejorando en gran medida las tasas de aciertos.
• Sensación de agentes químicos/biológicos: ayuda a identificar la dispersión sospechosa de la nube de aerosol mediante la detección del movimiento de partículas suspendidas en el aire.
• Navegación del vehículo: proporciona información precisa de la velocidad del viento relativo para vehículos aéreos no tripulados (UAV), misiles, etc., para los cálculos de navegación y resistencia.

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