Atmosfersko koherentno zaznavanje LiDAR je ključna tehnologija v aktivnem daljinskem zaznavanju, ki se pogosto uporablja za merjenje hitrosti vetra, raziskave atmosferske turbulence in oceno vetrne energije. Ta tehnika deluje z oddajanjem laserskih impulzov in zajemanjem nazaj razpršenih signalov iz atmosferskih aerosolov (kot so prah in kapljice). Z uporabo optičnega heterodinskega zaznavanja izloči Dopplerjev premik frekvence za izpeljavo hitrosti in smeri vetra. V tem sofisticiranem procesu je pulzni svetlobni vir temeljnega pomena, saj njegove značilnosti neposredno določajo občutljivost sistema za zaznavanje, ločljivost obsega in zanesljivost podatkov. Viri impulzne svetlobe, ki se uporabljajo na tem področju, običajno kažejo naslednje pomembne značilnosti:
1. Visoka spektralna čistost in stabilnost frekvence
Jedro koherentnega zaznavanja je v mešanju nazaj sipanega signala z žarkom lokalnega oscilatorja (LO). Da bi dosegli učinkovito heterodiniranje, je bistvena odlična koherenca med signalom in LO žarki. Posledično mora imeti vir impulzne svetlobe izjemno ozko širino črte (pogosto reda kHz) in izjemno stabilnost frekvence. Ozka širina črte zagotavlja, da je signal vmesne frekvence (IF) po koherentnem mešanju jasen in ločljiv. Medtem pa stabilnost frekvence preprečuje napake pri merjenju Dopplerjevih premikov, ki jih povzroči odmik frekvence izvora, s čimer se zagotovi natančnost priklica vetra.
2. Visoka konična moč impulza
Atmosferski aerosoli so običajno prisotni v nizki gostoti, kar ima za posledico izredno šibke nazaj sipane signale. Za izboljšanje razmerja-in-šumom (SNR) so potrebni laserski impulzi z visoko konično močjo. Visoka konična moč znatno poveča moč povratnega signala, kar omogoča LiDAR zaznavanje aerosolov na večjih razdaljah ali v območjih z nižjimi koncentracijami, s čimer se razširi učinkovito območje zaznavanja.
3. Ustrezna frekvenca ponavljanja impulza (PRF) in delovni cikel
PRF impulznega vira narekuje hitrost posodabljanja podatkov LiDAR-ja, medtem ko širina impulza neposredno vpliva na ločljivost dosega. Za atmosfersko sondiranje je pogosto potrebno ravnotežje med obsegom zaznavanja in ločljivostjo:
Ozka impulzna širina (raven ns): Omogoča ločljivost visokega obsega, kar omogoča natančno analizo atmosferskih informacij na različnih razdaljah.
Visok PRF (raven od kHz do MHz): poveča hitrost zajemanja podatkov, kar olajša stalno spremljanje hitro spreminjajočih se polj atmosferskega vetra.
Vendar pogosto obstaja tehnični kompromis-med doseganjem visoke konične moči in visoke PRF, kar zahteva optimizacijo na podlagi posebnih zahtev aplikacije.
4. Odlična kakovost žarka
Da bi dosegli visoko prostorsko ločljivost in koncentrirano energijo daljnega-polja, mora impulzni vir običajno oddajati žarek blizu meje uklona (s faktorjem M² blizu 1). Dobra kakovost žarka ne izboljša le učinkovitosti oddajnega teleskopa, temveč zagotavlja tudi majhno velikost pike na velikih razdaljah, s čimer se izboljša stranska prostorska ločljivost.
5. Stabilnost valovne dolžine in okoljska prilagodljivost
Atmosferski koherentni sistemi LiDAR pogosto delujejo v pasovih valovnih dolžin, »-varnih za oči« (kot je 1,5 μm ali 2 μm), da uravnotežijo okna atmosferskega prenosa in pomisleke glede varnosti. Vir impulzov mora vzdrževati zaklepanje valovne dolžine v širokem razponu temperatur in v pogojih vibracij. To preprečuje odmik valovne dolžine, ki bi lahko povzročil povečano atmosfersko absorpcijo ali zmanjšano učinkovitost zaznavanja.
Če povzamemo, impulzni vir svetlobe za atmosfersko koherentno zaznavanje LiDAR je prefinjen optoelektronski sistem, ki združuje visoko koherenco, visoko konično moč in visoko kakovost žarka. Te značilnosti skupaj določajo sposobnost sistema za izvajanje visoko-natančnega daljinskega zaznavanja z visoko-ločljivostjo v zapletenih atmosferskih okoljih.