激光雷达技术原理

Question

如题所述

Answer 1

5.8.1.1 激光的基本原理
激光雷达的工作原理与普通雷达类似，但使用的信号是激光而非无线电波。激光具有高度的单色性、方向性、相干性，以及高亮度。激光的单色性源于谐振腔选模和增益介质对特定模的能量提供，尽管自发辐射会导致一定的谱线宽度，但激光的谱线仍远窄于普通光源。激光的方向性得益于谐振腔选模和增益介质对特定模的照射，使得激光束的发散角可以非常小。激光的高相干性源于其单色性，使得激光可以聚焦成非常小的光斑，从而获得极高的功率密度。
5.8.1.2 激光器
激光器根据工作物质的不同，可分为气体激光器、固体激光器、液体激光器和半导体激光器。激光雷达通常使用能够发射高功率、窄脉宽、窄频带，且具有较小远场发散角的激光器。对于机载或星载图像雷达，或在返回信号极其微弱的情况下，还要求激光器具有较好的脉冲重复性。波长可调的激光雷达越来越受到重视，以适应多领域的应用。
5.8.1.3 激光雷达的组成
激光雷达的基本原理与普通电磁波雷达类似，但使用激光作为信号。由于激光波长短，可以探测到直径很细的导线和极细微粒。激光雷达分为单稳系统和双稳系统两类。双稳系统为了提高空间分辨率，将发射光部分和接收部分分别设置。当前激光源的脉宽已达纳秒（ns）级，具有相当高的空间分辨率，因此双稳系统已很少应用。单稳系统发射与接收信号共用一个光学孔径，用开关（T/R）隔离。激光雷达根据不同的探测目标，接收的信号可以是反射信号，也可以是弹性散射信号（包括Rayleigh散射或Mie散射），还可以是吸收衰减的信号，共振散射信号，荧光信号，拉曼（Raman）散射信号，以及差分吸收散射信号等，形成不同用途的激光雷达系统。