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封面故事 Cover Story

a) 角旋转 180°，完成全半球扫描。
DEWL 包含绿光激光，允许操
作人员可视化光束方向，利用森林中
发现的树叶和其他含水材料在 SWIR
（1548nm）波段比近红外（1064nm）
波段吸收更强的原理，来量化植被用
于结构环境应用，允许树叶的返回信
号与森林中树干、树枝和其他干燥材
b)
料的返回信号分离（见图 4）。
标称激光脉冲长度（5ns 半峰全
宽 FWHM）用于提供 2GHz 下数字化
返回脉冲形状的完整记录。全波形记
录允许通过扫描仪探测远达 100m 的
多个目标。0.6μJ 的脉冲能量提供良
好的信噪比，同时保持人眼安全标准。
图4：DWEL仪器在1548nm通道中的场景（a）和在1064nm通道中获得的相同图像（b）。
仪器外壳内的暗朗伯目标，用于每个
和 200~300W，脉冲重复频率为 森林冠层测绘激光雷达 扫描镜旋转校准。
5~250kHz。 马萨诸塞大学和波士顿大学的研 返回信号由直径 10cm 的牛顿望
专用于自动驾驶车辆的脉冲激光 究人员开发出了一种新型地面激光扫 远镜收集，其中光束被分光，并且使
二极管，是混合器件。激光芯片安装 描激光雷达仪器，并进行了现场测试， 用窄带干涉滤光片消除带外波长。一
有由 MOSFET 晶体管触发的电容器。 用于记录和检索森林植被的三维结构 对使用 InGaAs 光电二极管放大器的
每当晶体管栅极被打开，累积在电容 （见图 3）。 探测器，探测来自每路激光器的返回
器中的电荷被放电到芯片中，从而发 这 种 双 波长 Echidna 激 光 雷 达 信号。
出光脉冲。尽管这种光源具有成本效 （DWEL）使用来自同步激光脉冲观 相比于大多数其他激光雷达系
益，但由于其 905nm 输出容易被硅 察到的植被目标的差分反射（一个在 统，DWEL 的强大之处是其双波长植
探测器探测，而不是昂贵的 1550nm 短波红外 SWIR 范围内，另一个在近 被识别能力 ：与 1064 通道相比，在
InGaAs 光电二极管，激光二极管具 红外区域），以通过区分树叶和树干 1548 通道中，含有比木质材料更多水
有有限的脉冲重复频率和较低的峰值 来表征森林结构，角度分辨率可以达 分的树叶显得更暗。对于这种特殊的
功率，并受到过热效应的限制。 到 1mrad。 [2,3] 激光雷达任务，像其他所有行业一样，
用于 3D 闪光激光雷达的激光 基于澳大利亚联邦科学和工业 激光本身对于满足手头应用的独特性
二极管光源，基于二极管堆叠技术， 研究组织（CSIRO）获得专利的 能要求至关重要。
其中几个边缘发射巴条组装成垂直 Echidna 激光扫描技术，DWEL 使用
叠阵，每层由薄的散热片隔开，限 快速旋转的天顶扫描镜和缓慢旋转的 参考文献
制内部过热。不幸的是，叠阵的非 方位平台，以提供角度扫描空间的全 1. See https://goo.gl/Fs4VDH.
相干叠加会产生高输出功率，通常 面覆盖，6mm 准直光束的发散角为 2. E. S. Douglas et al., IEEE Geosci.
不能满足 Class 1 的人眼安全要求。 1.25 mrad、2.5 mrad 或 5mrad。所得 Remote Sens. Mag. (2015);
而垂直腔表面发射激光器是叠阵更 到的视场跨越 360°方位角，仰角为 doi:10.1109/LGRS.2014.2361812.
具成本效益的替代方案，其较弱的 ±117°。该全波形（与第一次返回 3. G. A. Howe et al., J. Appl. Remote
输出功率限制了其只能用于较短范 不同）激光雷达在其标准分辨率模式 Sens., 9, 095979 (2015).
围的 TOF 应用中。 （2mrad）下，在约 36 分钟内以方位

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