- Phƣơng trình Lidar cho Lidar hấp thụ vi phân (DIAL):
2.1.1 Bộ phận phát:
Bộ phận phát bao gồm một laser xung cực ngắn có cơng suất khoảng vài trăm mili Jun/xung, bức xạ đơn sắc và chất lượng chùm laser cao. Bức xạ này có bước sóng trong vùng tử ngoại đến vùng hồng ngoại gần. Thông qua một hệ thống quang học thích hợp (gương, thấu kính...) tia laser được truyền vào trong khơng khí và sẽ tương tác với các thành phần khác nhau của khí quyển. Một phần năng lượng của laser sẽ tán xạ ngược trở lại đến bộ phận thứ hai của hệ Lidar đó là khối thu của hệ Lidar.
Khối phát của hệ Lidar cho phép phát đồng thời hai bước sóng dùng laser Nd:YAG cơng suất cao với hệ cơ - quang nhằm phát bức xạ laser vào trong khơng khí theo phương mong muốn. Laser được lựa chọn là loại laser xung có cơng suất cao được bơm bằng đèn flash và hoạt động trong chế độ Q-switch với tần số hoạt động 10 hoặc 20 Hz. Laser có thời gian xung là 5 ns với bước sóng cơ bản là 1064 nm. Bộ phận nhân tần 2 dùng tinh thể phi tuyến cho phép tạo ra bức xạ laser ở bước sóng màu xanh 532nm. Bức xạ laser ở bước sóng cơ bản và hồ ba bậc hai được tách ra thành hai chùm độc lập nhờ một gương lưỡng chiết bố trí ngay sau tinh thể phi tuyến[8].
Bảng 2.2.1. Các thông số cơ bản của laser Nd: YAG Brilliant
Tần số lặp lại 10 Hz hoặc 20 Hz
Độ rộng xung 5 ns
1064 nm 532 nm
360 mJ 170 mJ
Kích thước của chùm tia 6 mm
Độ phân kỳ < 1 mrad
Tính phân cực của chùm tia Phân cực thẳng
Đối với hệ đo AMALi (The Airborne Mobile Aerosol Lidar ) là thiết bị di động nghiên cứu Sol khí được phát triển ở Viện Alfred Wegener được trang bị trên máy bay trực thăng phục vụ cho việc nghiên cứu vùng biển và vùng cực thì thơng số của hệ phát như sau:
Bảng 2.2.2 Laser CRF-200, Big Sky Laser, Quantel, Montana, USA được sử dụng trong LiDAR AMALi trong cấu hình IRVIS.
Độ cao tối đa cho sự hoạt động an tồn (m) 3000
Đường kính của tia (mm) 6
Thời gian xung (ns) 11.38
Sự phân kì (mrad) (86.5% năng lượng) 2.59
Tần số [Hz] 15
Xung năng lượng tại 1064nm [mJ] 60
Xung năng lượng tại 532nm[mJ] 120
Đối với phép đo của hệ Lidar, để xác định độ phân kỳ của chùm tia thì kích thước của chùm tia được đo ngay tại lối ra của chùm tia và tại vị trí cách lối ra khoảng 20 m. Người ta bố trí sao cho tại vị trí cách lối ra 20 m thì kích thước của chùm tia nhỏ hơn 20 mm. Như vậy độ phân kỳ của chùm tia nhỏ hơn 1 mrad. Do đó yêu cầu độ phân kỳ của chùm tia laser là nhỏ. Thị trường của telescope thu tín hiệu Lidar được lựa chọn là 2 mrad, cho phép thu nhận toàn bộ bức xạ laser tán xạ ngược.
Bộ phận quan trọng thứ hai trong hệ phát là gương lái chùm tia laser công suất cao. Nếu loại gương mà chế tạo không tốt khi chùm laser chiếu vào sẽ gây nóng và làm giảm độ phản xạ của gương. Do vậy gương thường được lựa chọn là do hãng Thorlabs của Mỹ. Loại gương này phản xạ rất tốt cả hai loại bước sóng 532nm và 1064 nm.
Bộ phận thứ ba thường là một bộ phận đo độ phân cực của chùm tín hiệu 532 nm, một bản mỏng kích
thước nửa bước sóng được đặt trước gương lái chùm nhằm thay đổi hướng phân cực thẳng của chùm tia trước khi phát xạ vào khí quyển .
Bộ phận thứ tư trong khối phát là một photodiode nhanh thu bức xạ laser tán xạ trên
bề mặt gương cho tín hiệu trigger xác định thời điểm phát bức xạ laser vào khí quyển. Tín hiệu này được quy ước là 0 về mặt thời gian trong phép đo Lidar.[8]