安光所在用于測風激光雷達的激光器研發上取得進展 低空經濟產業迭代升級將獲新助力
近日,中國科學院安徽光機所張天舒研究員團隊,在非多普勒測風激光雷達光源研發領域取得突破,開發出輕量型基于雙單管二極管泵浦的被動調Q Nd:YAG主振蕩功率放大(MOPA)激光器,且關鍵核心指標上超越了國外同類商業產品。相關成果以《用于測風激光雷達的雙單管二極管泵浦被動調Q Nd:YAG MOPA激光器》(“Dual single-emitter diode-pumped passively Q-switched Nd:YAG MOPA laser for wind lidar”)為題,發表于OSA旗下期刊Optics Express(光學快報)。
近地表(0至數百米垂直高度范圍內)高分辨率風場傳感在低空經濟、風能優化和航空安全等新興領域至關重要。安光所團隊攻克了傳統多普勒測風雷達在復雜近地表部署中的成本高與環境適應性差的難題,為數百米范圍內的近地表高分辨率風場傳感提供了核心技術支撐。這種小型化、高穩定性、環境適應力強的基于雙單管二極管泵浦的被動調Q Nd:YAG主振蕩功率放大(MOPA)激光器,讓“測風”變得更簡單、更便宜、更精準。
傳統多普勒激光雷達存在兩大技術難點,一是需要依賴復雜頻移解調工藝,二是對光學系統的精度和瑕疵控制要求極高,要嚴格光學像差控制,為解決這一瓶頸,團隊創新采用緊湊型、高穩定性的被動調Q MOPA架構,并采用雙單管二極管泵浦技術,即由單管二極管分別對振蕩器和放大器進行獨立泵浦。與此同時,這套系統還結合了兩級溫控設計與偏振耦合雙程放大配置,實現了優異的熱管理與能量提取,擺脫了復雜散熱系統的體積束縛。
研發團隊對這款自主研發的集成化激光器系統開展了全面性能測試,核心參數表現優異:在3.96千赫茲的重復頻率下,設備能穩定輸出5.012納秒的脈沖寬度與442.9微焦的單脈沖能量。同時,激光光束質量接近衍射極限。尤為值得一提的是,系統展現出卓越的熱魯棒性,在30-50℃的環境溫度范圍內,其激光功率波動誤差控制在±3%以內,光束指向性漂移最大值不超過50微弧度,該激光器多項核心關鍵核心指標上超越了國外同類商業產品。
除光源核心技術的突破外,團隊在激光雷達整機系統的應用上亦取得重要創新。團隊將該高能微片激光器成功集成到多波束、無掃描的非多普勒激光雷達架構中,利用相關算法追蹤氣溶膠運動,成功完成了連續24小時的近地表風廓線測量,實測數據顯示:設備捕捉到的風速與風向時序變化趨勢與原位氣象傳感器數據高度吻合,探測結果精準可靠。
在設備實用性方面,這款激光器重量僅為400克,極大提升了激光雷達系統的緊湊性,使其能夠輕松兼容中型無人機(UAV)等各類移動平臺,適用場景十分廣泛。
該成果的取得不僅為復雜環境下的近地表風場遙感提供了一套高可行性、低成本、易部署的全新解決方案,也將為未來城市微氣候監測和復雜地形下的三維動態風場測繪奠定了核心技術基礎,有望助力低空經濟的安全運行與產業迭代升級。
陳金信博士生為論文第一作者,王宇陽碩士生為共同作者,張天舒研究員為論文通訊作者。該研究獲得國家重點研發計劃項目的支持。
引用:安光所在用于測風激光雷達的激光器研發上取得進展 低空經濟產業迭代升級將獲新助力 【引用時間:2026年6月4日】
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