研究人員展示了一種新的單光子拉曼激光雷達系統，該系統在水下運行，可以遠程區分各種物質。他們還表明，新系統可以探測水下12米外的石油厚度，這對于檢測漏油很有用。 中國廈門大學研究團隊負責人Mingjia Shangguan說：“區分水中的物質并檢測它們在海洋中的分布特征對海洋監測和科學研究具有重要意義。例如，我們展示的水下石油遙感可用于監測水下石油管道的泄漏。” 雖然基于拉曼信號的激光雷達方法以前已用于探測水下物質，但現有的系統是不切實際的，因為它們體積龐大且需要大量電力。

在《應用光學》雜志上，研究人員描述了他們的新激光雷達系統，該系統僅使用1μJ的脈沖能量和22.4毫米的接收器孔徑。整個激光雷達系統長40厘米，直徑20厘米，可在水下運行長達1公里。為了提高靈敏度，研究人員將單光子檢測整合到其緊湊的水下拉曼激光雷達系統中。

Shangguan說：“在自主水下航行器或遙控車輛上安裝水下拉曼激光雷達系統可以監測水下輸油管道的泄漏。它也可能用于勘探海洋資源或用于檢測海底沉積物類型，如珊瑚礁。”

水下激光雷達中的單光子靈敏度

設計用于船舶、飛機或衛星水上運行的傳統激光雷達系統可以實現大規模的海洋剖面，但其探測深度有限，尤其是在波濤洶涌的海況下。然而，拉曼激光雷達系統可用于不同深度的水下分析，而不受海況的影響。 拉曼激光雷達的工作原理是向水中發射綠色激光脈沖，與油等物質相互作用。這會激發可用于識別物質的非彈性拉曼信號。通過測量特定波長的拉曼信號強度，激光雷達可以提供有關水中含油量的信息。

Shangguan說：“傳統的拉曼激光雷達系統依靠不斷增加的激光功率和望遠鏡孔徑來實現遙感探測，這導致系統體積大，功耗高，難以將激光雷達系統集成到水下航行器上。單光子檢測技術的使用通過將檢測靈敏度提高到單光子的水平，使這項工作成為可能。”

研究人員展示了他們的新激光雷達系統，用它來檢測距離系統12米的石英電池中不同厚度的汽油。激光雷達系統和石英電池都淹沒在一個大水池中，深度為0.6米。激光雷達系統能夠檢測和區分所有厚度的汽油，范圍從1毫米到15毫米不等。 研究人員現在正在努力增加單光子激光雷達系統的檢測通道數量和拉曼光譜分辨率，以增強其區分水中不同物質的能力。這將使它能夠用于分析水下氣泡類型并檢測珊瑚和錳結核。 編輯：黃飛