Atmospheric Coherent Detection LiDAR on aktiivisen kaukokartoituksen keskeinen teknologia, jota käytetään laajalti tuulennopeuden mittaamiseen, ilmakehän turbulenssitutkimukseen ja tuulienergian arviointiin. Tämä tekniikka toimii lähettämällä laserpulsseja ja sieppaamalla takaisinsironneet signaalit ilmakehän aerosoleista (kuten pölystä ja pisaroista). Käyttämällä optista heterodyne-ilmaisua se erottaa Doppler-taajuussiirtymän tuulen nopeuden ja suunnan johtamiseksi. Tässä hienostuneessa prosessissa pulssivalolähde on perustavanlaatuinen, sillä sen ominaisuudet määräävät suoraan järjestelmän tunnistusherkkyyden, etäisyyden resoluution ja tietojen luotettavuuden. Tällä alalla käytetyillä pulssivalonlähteillä on tyypillisesti seuraavat merkittävät ominaisuudet:
1. Korkea spektripuhtaus ja taajuuden vakaus
Koherentin ilmaisun ydin on takaisinsironneen signaalin sekoittaminen paikallisoskillaattorisäteen (LO) kanssa. Tehokkaan heterodynoinnin saavuttamiseksi signaalin ja LO-keilojen välinen erinomainen koherenssi on välttämätöntä. Tästä johtuen pulssivalonlähteellä on oltava erittäin kapea viivanleveys (usein kHz:n luokkaa) ja poikkeuksellinen taajuuden vakaus. Kapea viivanleveys varmistaa, että välitaajuussignaali (IF) on koherentin sekoituksen jälkeen selkeä ja erotettavissa. Samaan aikaan taajuuden vakaus estää mittausvirheet Doppler-siirtymissä, jotka aiheutuvat lähteen taajuuden ryömimisestä, mikä varmistaa tuulenhaun tarkkuuden.
2. Korkea pulssin huipputeho
Ilmakehän aerosolit ovat tyypillisesti läsnä pieninä tiheyksinä, mikä johtaa erittäin heikkoihin takaisinsirontaisiin signaaleihin. Signaalin -/-kohinasuhteen (SNR) parantamiseksi tarvitaan laserpulsseja, joilla on suuri huipputeho. Suuri huipputeho parantaa merkittävästi paluusignaalin voimakkuutta, jolloin LiDAR pystyy havaitsemaan aerosoleja suuremmilta etäisyyksiltä tai alueilta, joilla on pienempi pitoisuus, mikä laajentaa tehokasta tunnistusaluetta.
3. Sopiva pulssin toistotaajuus (PRF) ja käyttöjakso
Pulssilähteen PRF sanelee LiDAR:n tietojen päivitysnopeuden, kun taas pulssin leveys vaikuttaa suoraan alueen resoluutioon. Ilmakehän luotamiseen tarvitaan usein tasapaino havaintoalueen ja resoluution välillä:
Kapea pulssin leveys (ns-taso): Mahdollistaa korkean alueen resoluution, mikä mahdollistaa ilmakehän tietojen tarkan analysoinnin eri etäisyyksillä.
Korkea PRF (kHz - MHz): Lisää tiedonkeruunopeutta, mikä helpottaa nopeasti muuttuvien ilmakehän tuulikenttien jatkuvaa seurantaa.
Korkean huipputehon ja korkean PRF:n välillä on kuitenkin usein tekninen kompromissi{0}}, mikä edellyttää optimointia erityisten sovellusvaatimusten perusteella.
4. Erinomainen säteen laatu
Korkean tilaresoluution ja keskittyneen kauko{0}}energian saavuttamiseksi pulssilähteen on tyypillisesti lähetettävä säde lähellä diffraktiorajaa (M²-kertoimella lähellä 1). Hyvä säteen laatu ei ainoastaan paranna lähettävän teleskoopin tehokkuutta, vaan varmistaa myös pienen pistekoon pitkillä etäisyyksillä, mikä parantaa sivuttaista spatiaalista resoluutiota.
5. Aallonpituuden vakaus ja sopeutuvuus ympäristöön
Ilmakehän koherentit LiDAR-järjestelmät toimivat usein "silmälle{0}}turvallisilla" aallonpituuskaistoilla (kuten 1,5 μm tai 2 μm) tasapainottaakseen ilmakehän lähetysikkunoita ja turvallisuusnäkökohtia. Pulssilähteen on säilytettävä aallonpituuden lukitus laajalla lämpötila-alueella ja värähtelyolosuhteissa. Tämä estää aallonpituuden ajautumisen, mikä voi johtaa lisääntyneeseen ilmakehän absorptioon tai heikentyneeseen tunnistustehokkuuteen.
Yhteenvetona voidaan todeta, että pulssivalolähde ilmakehän koherentin havaitsemiseen LiDAR on hienostunut optoelektroninen järjestelmä, joka yhdistää korkean koherenssin, korkean huipputehon ja korkean säteen laadun. Nämä ominaisuudet määrittävät yhdessä järjestelmän kyvyn suorittaa korkean-tarkkuuden ja{2}}resoluution kaukokartoitus monimutkaisissa ilmakehän ympäristöissä.