新型单光子拉曼激光雷达适用于水下应用

研究人员报告了一种新型单光子拉曼激光雷达系统，该系统可在水下运行，并能远程区分各种物质。他们还表示，新系统可以探测水下 12 米处的石油厚度，这对检测漏油可能很有用。

“区分水中物质，检测其在海洋中的分布特征，对海洋监测和研究小组负责人、中国厦门大学上官明佳表示，“例如，我们展示的水下石油遥感技术可用于监测水下石油管道的泄漏。”

尽管基于拉曼信号的激光雷达方法以前曾用于检测水下物质，但现有系统并不实用，因为它们体积庞大且需要大量功率。

在日记里应用光学研究人员描述了他们的新型激光雷达系统，该系统仅使用 1 ?J 的脉冲能量和 22.4 毫米的接收器孔径。整个激光雷达系统长 40 厘米，直径 20 厘米，可在水下 1 公里处操作。为了提高灵敏度，研究人员将单光子检测融入到他们的紧凑型水下拉曼激光雷达系统中。

“将水下拉曼激光雷达系统安装在或遥控潜水器可以监测水下输油管道的泄漏情况，”上官说。“它还可能用于勘探海洋资源或探测海底沉积物类型，如珊瑚礁。”

水下激光雷达的单光子灵敏度

传统激光雷达系统设计用于船舶、飞机或卫星上的水面作业，可以实现大规模海洋剖面测量，但其探测深度有限，尤其是在海况恶劣时。而拉曼激光雷达系统可用于不同深度的水下分析，不受海况影响。

拉曼激光雷达的工作原理是向水中发射绿色激光脉冲，与石油等物质相互作用。这会激发非弹性拉曼信号，可用于识别物质。通过测量特定波长的拉曼信号强度，激光雷达可以提供有关水中石油含量的信息。

“传统的拉曼激光雷达系统依靠增加激光功率和望远镜口径来实现遥感探测，这导致系统体积大、功耗高，很难将激光雷达系统集成到水下航行器上，”上官说。“单光子探测技术的使用使这项工作成为可能，它将探测灵敏度提高到了单光子的水平​​。”

研究人员展示了他们的新激光雷达系统，利用该系统探测距离系统 12 米的石英池中不同厚度的汽油。激光雷达系统和石英池都浸没在一个大水池中 0.6 米深的水下。激光雷达系统能够探测和区分所有厚度的汽油，范围从 1 毫米到 15 毫米。

研究人员目前正在致力于增加检测通道的数量和单光子的拉曼光谱分辨率该系统将增强其区分水中不同物质的能力。这将使其能够用于分析水下气泡类型以及检测珊瑚和锰结核。