在180°的光束衰减系数和体积散射功能的同时传感配置,使用单光子水下弹性拉曼激光雷达

科学领域:

• 海洋光学和远程传感
• 光子学和激光雷达技术.
• 在现场进行海洋学测量.

背景情况:

• 激光雷达是分析海洋光学参数的关键技术.
• 单光子激光雷达系统可以在海洋观测中进行紧的水下部署.
• 由于几何重叠因素和近场效应,分散和衰减系数的同时逆转具有挑战性.

研究的目的:

• 开发一种可靠的方法,在180° (βm) 和532 nm的激光雷达衰减系数 (Klidarm) 中同时逆转体积散射函数.
• 为了提高精度和减少基于激光雷达的光学分析中的几何重叠因子和激光功率波动的影响.
• 建立一种方法来从Klidarm中推导光束衰减系数 (cm),用于狭窄视野激光雷达系统.

主要方法:

• 引入使用单光子检测的拉曼通道,以获得拉曼反向散射配置文件.
• 用拉曼信号对弹性反散信号进行正常化,以减少对激光雷达衰减系数的灵敏度.
• 对于βm倒置应用一种扰动方法,其次是Klidarm导数,以及对分层水体的代算法.
• 蒙特卡洛模拟以确定cm和Klidarm之间的关系,用于狭窄视野激光雷达.

主要成果:

• 拟议的方法显著降低了正常化信号对激光雷达衰减系数变化的灵敏度.
• 该技术有效地减轻了几何重叠因子和激光功率波动对反转精度的影响.
• 一个代算法提高了分层水体的反转精度,蒙特卡洛模拟提供了一种方法来推导光束衰减系数 (cm).
• 通过错误分析和在水箱中的初步实验来验证可行性和稳定性.

结论:

• 开发的激光雷达系统和反转算法准确地描述了水的光学参数,包括βm和Klidarm.
• 该方法可以推导光束衰减系数 (cm),这对于了解海洋过程至关重要.
• 这一进步有助于改善海洋观测和研究海洋环境中的有机颗粒碳 (POC).