微片激光器在气象环境监测-——能见度雷达中的应用

2026年03月10日

关键字：杏林睿光

能见度监测的重要性及早期设备局限

在日常生活中，能见度的高低直接影响着我们的出行安全。无论是高速公路上的团雾、港口的海雾，还是机场跑道上的低云，这些低能见度现象都是交通运输的重大威胁。为了测量能见度，激光能见度仪应运而生。

早期比较常见的能见度仪是单点式的，该种设备只能测量一个维度的能见度，虽然成本较低，但信息不完整，应用受限。

能见度光量子激光雷达的工作原理及优势

随着技术的发展，能见度光量子激光雷达得到发展。它使用激光器发射固定波长的激光脉冲，穿透大气后与气溶胶、水汽、霾粒子发生米散射，通过望远镜接收不同距离处的后向散射光，反演大气消光系数，进而计算能见度。通过气象要素的分钟级观测，提高大气观测的范围、数据质量，填补了传统能见度仪点式监测的局限性，从而用于增强对突发性、灾害性天气监测预警能力。

大气颗粒物 / 分子与激光相互作用 —— 散射类型 & 对应激光雷达

核心应用场景

基于三维能见度的扫描观测结果，识别低能见度覆盖区域，并结合预警阈值及时发布低能见度预警，确保起降点周边区域飞行器的低空飞行安全；基于实况观测数据为旅游观光的飞行“窗口期”提供决策支持，保障旅游观光的视觉体验感；在飞行路径上，提供沿线能见度信息，为及时规避障碍物，提高飞行的安全提供保障。

小型化趋势下的激光器技术迭代

随着低空经济的发展，小型化的需求越来越迫切，因而衍生了小型化能见度量子激光雷达的需求，小型化后，体积更小，成本更低，利于大量布点。在小型化的技术攻关上，激光器是重点之一，传统的灯泵激光器早已被淘汰，取而代之的是全固态的脉冲激光器，其技术路线大多是主动调Q，因而需要高压电路和主动Q晶体，体积相对灯泵激光器来说虽然很小，但对于小型化的激光雷达来说，还不够小。因此，这时候基于被动调Q技术的微片激光器开始凸显出其特点，杏林睿光的微片激光器的特点是小型化，功耗低，脉宽窄，如下图所示为设计原理图和实物图，可以做的非常紧凑，且谐振腔很短，实现了窄脉宽输出。

被动调Q微片激光器工作原理图

杏林睿光被动调Q微片激光器

微片激光器相对于主动调Q的激光器来说，劣势是平均功率低，在过去，激光雷达的测量范围在5km以上，甚至到15km，所以大部分时候，会选择主动调Q的激光器才能满足测量要求，随着低空经济的发展，测量范围要求为大于3km，且随着探测技术的发展，单光子探测器成本不断降低，更低平均功率的微片激光器的优势开始凸显，并得到充分应用。在应用中，杏林睿光的激光器不仅仅小型化，成本低，稳定性好，还得益于小型化和功耗低，使得散热要求低，雷达整机系统设计简单；另外，结构紧凑和合理的结构设计，激光器在高低温下的指向性明显更优，特别是让人头疼的低温的指向性。