激光雷达技术中的绿色激光

绿色激光无可否认地提升了激光雷达技术的能力，使我们能够精确、高效地绘制周围环境的三维地图。绿色激光器能见度高，与硅基探测器兼容，用途广泛，是激光雷达在各行各业迅速普及的推动力。本文简要概述了激光雷达中的绿色激光器，包括其功能、正在进行的研究和应用。

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为什么在激光雷达中使用绿色激光？
光探测与测距（LiDAR）是一种先进的遥感技术，它使用脉冲激光来测量距离并生成目标区域的三维分析结果。

激光雷达主要有两种类型：测深激光雷达和地形激光雷达。地形激光雷达使用近红外激光来绘制陆地地物，而测深激光雷达则使用绿色激光（波长为 532 纳米）来测量海底和河床在水中的标高。

与传统的红色或近红外激光器相比，测深激光雷达更倾向于使用绿色激光器，这是因为绿色激光器有几个优点。绿色激光器的主要优势在于其穿透水体的能力，能够测量河流、浅水水库和沿海海水深度，最深可达三个 Secchi 深度。

由于波长与探测器的灵敏度一致，绿激光与常用的硅基光电探测器具有很强的兼容性。这种协同作用可改善光子捕获，提高信号质量、信噪比和效率。

绿色激光器的波长较短，可使能量集中在每个脉冲中，从而在不影响数据精度的情况下扩大激光雷达系统的探测范围。这对于需要远距离探测能力的应用尤为有利。

由于人眼对绿光特别敏感，因此绿色激光的能见度更高，这也是它的一个突出特点。这种灵敏度可提高水下激光雷达操作的对准、校准和效率。

绿色激光测深激光雷达如何工作？
在标准测深激光雷达设置中，扫描仪向目标区域发射波长为 532 nm 的短时绿色激光脉冲（约 5-10 ns）。

当这些脉冲击中目标表面时，会导致光子向各个方向散射。这些散射光子中的一小部分返回激光雷达系统，该系统通过望远镜收集这些散射光子，并将其导入光电探测器。

从发射绿色激光到检测到返回信号之间的时间间隔（称为飞行时间）是通过机载传感器测量的。由于光速（c）是一个常数，因此可以使用简单的公式确定与目标的距离：

最后，利用旋转镜或光学相控阵快速扫描绿色激光器，并记录各点的返回时间，从而生成目标区域的三维地图。

用于激光雷达技术的绿光激光器的最新进展
TDOT GREEN：用于水生应用的绿光激光雷达

日本 Amuse Oneself 公司开发出了 TDOT GREEN，这是一种轻型绿色激光激光雷达技术，可安装在无人机上进行航空测量应用。

TDOT GREEN 使用 532nm 绿色激光器，每秒可发出 60,000 个脉冲，可进行最深 5-10 米的水下测绘。这使其成为对浅水区，尤其是沿海地区进行大范围勘测的理想选择。

该技术已被用于绘制以色列死海海底地图和日本 1.8 万英里海岸线的气候变化监测地图。

利用激光雷达中的绿色激光器进行量子探测，实现实时三维测绘
在发表于《光学快报》的一项研究中，赫瑞瓦特大学和爱丁堡大学的研究人员利用激光雷达技术中的绿色激光器进行量子探测，即使在弱光条件下也能捕捉到实时三维水下图像。

他们的技术包括将单光子激光雷达系统置于水箱中，从而实现实时三维场景制图。这种创新方法能将反射光子与水散射光子区分开来，因此适用于浑浊水域。

这项突破性技术具有多种应用潜力，包括检查水下设施和勘测考古遗址，同时有助于减少污染和降低海洋监测的侵入性。

在拉曼激光雷达中使用绿色激光器进行水下漏油监测
发表在《应用光学》（Applied Optics）上的一项研究提出了一种创新的水下拉曼激光雷达系统，该系统采用绿色激光来探测和区分水中的石油。

研究小组的这一系统结构紧凑、能效高，可在 12 米以外识别水下石油的厚度，因此在及时发现石油泄漏方面非常有效。这是通过绿色激光与石油的相互作用实现的，产生的独特拉曼信号能明确显示石油的存在。

该系统成功准确地探测到水下各种厚度的石油，为应用于监测输油管道和勘探珊瑚礁等水下资源铺平了道路。

绿色激光在激光雷达中的未来展望
绿激光大大提高了激光雷达技术的潜力，有助于准确有效地绘制环境三维地图。绿色激光器能见度更高，与硅探测器兼容，适应性更强，这对激光雷达在各行各业的广泛应用起到了关键作用。

研究人员正在积极研究混合激光雷达系统，该系统融合了绿色激光和其他激光波长，可实现更高的精度、更宽的范围和更先进的功能。这些创新将推动激光雷达技术的发展。

参考资料

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作者：Owais Ali