基於(yu) 翠綠寶石激光器的激光雷達係統將成為(wei) 歐洲大氣氣候監測激光雷達陣列（EULIAA）項目的重要組成部分。

可自主移動的激光雷達（LiDAR）係統向夜空發出五束光，通過四個(ge) 小型望遠鏡和一個(ge) 大型望遠鏡，可探測到100公裏高空的光子，並提供實時氣候數據。

據麥姆斯谘詢報道，近日，由弗勞恩霍夫激光技術研究所（ILT）和萊布尼茨大氣物理研究所（IAP）聯合團隊開發出的激光雷達係統已被用於(yu) 計算高達100公裏高空的風速和溫度數據，驗證了其激光係統的有效性。

在德國庫隆斯博恩（Kühlungsborn）安裝的係統測量結果，也印證了該激光雷達係統向歐洲大氣氣候監測激光雷達陣列（EULIAA）項目邁出了重要一步，將有助於(yu) 增強氣候模型和改進天氣預報。

一段時間以來，ILT一直致力於(yu) 研究如何使用於(yu) 氣候監測的激光雷達係統更小巧、更易於(yu) 運輸，其研究重點是使用翠綠寶石晶體(ti) 作為(wei) 激光器介質。ILT和IAP曾合作開發了一種二極管泵浦翠綠寶石激光源，用於(yu) 激光雷達和空間應用，並於(yu) 2019年正式推出。

該係統能在500 Hz的重複頻率下提供高達1.7 mJ的脈衝(chong) ，提供脈衝(chong) 單頻操作中激發大氣中鉀或鐵原子所需的時空分辨率。該激光器現在已經進一步優(you) 化，特別是確保晶體(ti) 中僅(jin) 泵浦一種空間窄模式，並保持激光雷達探測所需的窄帶寬。

“我們(men) 開發的首個(ge) 翠綠寶石激光器原型的輸出功率為(wei) 0.15 W，當時有兩(liang) 個(ge) 晶體(ti) ，但不具有泵浦激光輻射的均勻性。”ILT項目團隊稱，“從(cong) 那時起，該係統經過多次迭代後得到了顯著改進。2米長的光束路徑在空間內(nei) 被折疊了多次，並且泵浦輻射僅(jin) 通過光纖傳(chuan) 遞，因此可以輕鬆地更換泵浦源。”

自主長期運行的激光雷達係統

2022年5月和11月，最新一代翠綠寶石激光器被安裝在德國庫隆斯博恩的兩(liang) 個(ge) 地麵激光雷達係統中，並成功完成了100公裏高空氣候的探測任務。這項工作表明，通過將一束激光分別對準四台傾(qing) 斜30度的望遠鏡，可以實現在垂直和水平方向上探測大氣層。

ILT認為(wei) ，利用這種方式使用多個(ge) 激光雷達光束可以探測到數萬(wan) 平方公裏的大氣層。ILT計劃進一步發展激光技術，為(wei) 翠綠寶石激光器開發獨立於(yu) 激光雷達應用的放大級。

ILT另一項研究將與(yu) 新啟動的歐洲大氣氣候監測激光雷達陣列（EULIAA）項目合作，EULIAA項目由歐盟資助，於(yu) 2023年1月啟動，計劃持續四年。

EULIAA項目的目標是開發一種激光雷達陣列，用於(yu) 長時間、大觀測區域內(nei) 探測5~50公裏高空的風速和溫度。這種激光雷達陣列不僅(jin) 要價(jia) 格低廉、結構緊湊、高效、易於(yu) 運輸，且要具有自主性。

研究人員還計劃進一步優(you) 化激光雷達光源，使用腔內(nei) 倍頻將輸出轉換為(wei) 386 nm，使其在紫外線（UV）波長範圍內(nei) 工作。據該項目團隊稱，這在以往隻能通過效率較低的腔外倍頻來實現，目前使用新光源的初步測試結果，證明了該計劃有望實現。

“我們(men) 可以看到大氣中間層發生的重大變化。”IAP的Josef Höffner稱，“有了新的激光雷達係統，我們(men) 希望在更大的範圍內(nei) 持續觀測大氣變化。這將對長期氣候預測產(chan) 生重大影響。”