Kohærent detektion lidars (light detection and ranging) har efterhånden udviklet sig betydeligt og er nu de facto standarden for måling af vinde i det atmosfæriske grænselæg. De tidligere versioner af disse lidars var voluminøse, dyre og sårbare over for eksterne påvirkninger såsom temperaturvariationer og vibrationer. Men imidlertid har fremskridt indenfor fiberoptisk kommunikation resulteret i en række stabile, kosteffektive, vedligeholdelsesfrie optiske komponenter, som kan anvendes af lidar konstruktører. Kohærent detektion lidars deler nemlig mange ligheder med højhastigheds fiberoptisk kommunikation. Som følge heraf er den nye fiberoptiske teknologi hurtigt blevet anvendt i opbygningen af lidars. På trods af dette halter brugen af disse kommunikations komponenter stadig bagud i anvendelsen til lidars. I denne afhandling har jeg fremlagt nogle af de fremskridt inden for fiberoptiske transceivere, der oprindeligt er udviklet til high-speed data transmission, og vist, hvordan de kan integreres i pulsede og kontinuerlige fiberbaserede kohærent detektion lidars. Teknologierne har ikke alene muliggjort præstationsforbedringer i eksisterende lidarsystemer, men har også banet vejen for anvendelse i nye områder, hvor det ikke før har synes muligt. Denne afhandling, der består af en indledning, fire videnskabelige artikler og en artikel under udarbejdelse, præsenterer anvendelsen af nogle af de moderne fiberoptiske kommunikations-transceiver arkitekturer i kohærent detektions lidars. I artikel I er en ny kortrækkende fiber-baseret Doppler lidar, der anvender "image-reject" homodyn detektion, beskrevet og demonstreret. I artikel II diskuteres to forskellige måder at behandle signaler fra denne type lidar for at estimere vindhastigheder. Fordele og ulemper såsom signal støjforhold og effektivitet analyseres. Det foreslåede lidar system i artikel I bliver testet i en feltkampagne, hvis resultater er diskuteret i artikel III. I artikel IV præsenteres en patentanmeldt langtrækkende "polarization diversity" kohærent Doppler lidar. Systemets fordele er blandt andet en forbedret sendeeffekt (takket være tilgængeligheden af to erbiumdoterede fiberforstærkere med ortogonal polarisering) og samtidig evnen til at måle det depolariserede back-scatter. Graden af depolarisering muliggør karakteriseringen af aerosol typer som funktion af afstanden. Til sidst er det vist i artikel V, som er under udarbejdelse, at ved at anvende en "image-reject" homodyn modtager i en fiberbaseret kohærent lidar, kan spektret af den spontane Rayleigh-Brillouin spredning måles.Systemet bruger en 1,5 μm laser, som har den fordel, at den ikke skader det menneskelige øje, og kan i princippet give sammenhørende målinger af temperatur, tryk og vind. Fokus i artikel V er temperaturmålingen, som gennem numeriske simuleringer er vist muligt.
展开▼
