- Phƣơng trình Lidar cho Lidar hấp thụ vi phân (DIAL):
2.1.2 Bộ phận thu tín hiệu
Khối thu, cho phép thu nhận các tín hiệu tán xạ dể phân tích và xử lý các tín hiệu tán xạ cho phép ta xác định được các thành phần khí quyển và phân bố của chúng trong không gian và theo thời gian. Do vậy khối thu là bộ phận quan trọng thứ hai của hệ Lidar bao gồm một anten quang học có kích thước đủ lớn để thu nhận tín hiệu tán xạ yếu từ khí quyển. Anten quang học thường là một telescope loại Newton hoặc Cassegrain có kích thước từ 20cm đến hàng trăm cm . Ngoài ra anten quang học cịn có phin lọc giao thoa băng thơng hẹp để loại bỏ tín hiệu nền là bức xạ ở các bước sóng khác mà khơng phải các bước sóng mà LIDAR phát ra hay các bước sóng thu được khơng mong muốn.
Nd:YAG 1064nm Gương bán mạ M1 Photodiode trigger Nd:YAG 532 nm Gương bán mạ M2 Photodiode trigger /2
Hình 2.1.1 Khối phát và hệ quang học kèm theo của hệ Lidar cho phép phát đồng thời hai bước sóng
Khối thu của hệ Lidar bao gồm các bộ phận chính là telescope, các phin lọc, thấu kính và các đầu thu.
+ Telescope
Tùy theo mục đích sử dụng mà người ta có thể chọn telescope có kích thích to nhỏ khác nhau. Hệ Lidar của viện khoa học công nghệ Việt Nam đã sử dụng loại Casegrain do hãng Meade (USA) chế tạo có đường kính D=20cm, tương ứng với tiêu cự f=100cm của một gương parabol. Gương parabol này được gắn vào bàn quang học với một độ nghiêng thích hợp để thuận tiện cho việc lắp các đầu thu phía sau.[8]
+ Phin lọc
Một phin lọc không gian có kích thước phù hợp được đặt tại tiêu điểm của telescope. Phin lọc này có nhiệm vụ lọc nhiễu loại bỏ những tín hiệu khơng phù hợp. Việc lựa chọn phin lọc quyết định độ rộng của thị trường cho phép thu toàn bộ tín hiệu tán xạ Lidar cần thiết.
Bảng 1. Thơng số của kính thiên văn telescope LX200
Loại kính Cassegrain Đường kính 20.96 cm Tiêu cự 200cm Trọng lượng 18.5 kg Hình 2.1.2 Hệ thống quang học thu nhận tín hiệu và telescope
Trong quá trình đo tại viện khoa học vật liệu Việt Nam nhận thấy rằng nếu độ rộng của thị trường khoảng 2 mrad thì sẽ giảm thiểu được những ảnh hưởng rung động từ bên ngồi, đặc biệt là trong điều kiện gió mạnh. Hơn nữa chọn độ rộng thị trường cỡ khoảng 2 mrad sẽ làm giảm được đáng kể nhiễu nền quang học.
+ Thấu kính, gương lưỡng chiết
Một thấu kính phẳng lồi được đặt ngay sau tiêu điểm của telescope làm cho tia sáng được chuẩn trực. Gương lưỡng chiết có nhiệm vụ tách chùm tín hiệu ra làm hai kênh. Tín hiệu ở kênh 532nm được truyền qua, tín hiệu ở kênh 1064nm được phản xạ.
Sau khi đi qua gương lưỡng chiết , chùm tia 1064nm được đổi hướng dưới một góc vng khi gương đặt nghiêng dưới góc 450. Tín hiệu Lidar sau đó được lọc bằng phin lọc giao thoa với băng thông 10nm và được hội tụ vào đầu thu photodiode thác lũ (APD) qua một thấu kính phẳng lồi tiêu cự 25mm. Kích thước của đầu thu APD tương đối nhỏ đường kính 1,5mm. Do vậy việc dùng gương và thấu kính phẳng lồi thuận tiện cho việc điều chỉnh cho chùm tia hội tụ vào đúng bề mặt của đầu thu APD. Cịn tín hiệu 532 nm được lọc bằng phin lọc 3nm. Sau đó tín hiệu này được thiết kế cho 2 lựa chọn: Hoặc là được hội tụ vào đầu thu nhân quang điện (PMT: photo multiplier tube) hoặc là qua bộ phận tách chùm phân cực PBS (polarizing beam splitter) để tách tia này thành 2 tia có phương phân cực thẳng vng góc với nhau, và thành hai tia vng góc với nhau. Việc tách chùm tia theo phương phân cực như vậy sẽ thu được các thơng tin về độ khử cực.
Ngồi ra, bằng cách thay đổi phin lọc giao thoa cho phù hợp ta có thể thu được tín hiệu Lidar do tán xạ Raman trên phân tử khí Ni tơ tại bước sóng 607nm và tán xạ Raman trên phân tử hơi nước ở bước sóng 660nm. [4]