Лидарная система может работать на глубине до 1 км и обнаруживать такие вещи, как разливы нефти, на расстоянии 12 метров.
Группа китайских исследователей из Сямыньского университета получила премию «За лучшую работу 2023 года» от журнала Applied Optics за новаторскую работу по созданию однофотонной рамановской лидарной системы. Опубликованная статья обошла 1 278 других работ и заняла первое место.
В работе была представлена радарная технология, способная обнаруживать объекты на значительной глубине с такой четкостью, что ее сравнивают с «поиском иголки в море».
Новая технология отличается высокой чувствительностью, использует малошумный однофотонный детектор и может оказаться очень полезной для различных видов подводного зондирования, таких как исследование океана, обнаружение нефтяных разливов и разведка глубоководных ресурсов.
Устройство отличается относительно небольшими размерами, очень низким энергопотреблением и способностью работать на глубине до 3 280 футов (1 000 метров) ниже уровня моря. В 2023 году команда сообщила, что прибор настолько чувствителен, что может анализировать толщину нефтяных пятен на расстоянии до 39,4 футов (12 метров) с помощью всего лишь 1-микроджюлевого лазерного импульса.
«Дифференциация веществ в воде и определение характеристик их распределения в океане имеет огромное значение для морского мониторинга и научных исследований», - сказал руководитель исследовательской группы Минцзя Шангуань из Сямэньского университета в Китае в интервью Optica в 2023 году.
«Например, дистанционное зондирование подводной нефти, которое мы продемонстрировали, может быть полезно для мониторинга утечек в подводных нефтепроводах», - добавил он.
Иной взгляд на лидар в море
Традиционные лидарные системы, обычно используемые на кораблях, самолетах или спутниках, способны выполнять крупномасштабное профилирование океана. Однако их глубина обнаружения ограничена, особенно в неспокойных морских условиях.
В отличие от них, рамановские лидарные системы могут анализировать подводную среду на различных глубинах, не подвергаясь воздействию таких морских условий. Рамановский лидар работает путем излучения импульса зеленого лазерного света в воду, где он взаимодействует с веществами, такими как нефть.
В результате взаимодействия генерируются неупругие рамановские сигналы, которые могут быть использованы для идентификации различных веществ. Измеряя интенсивность этих рамановских сигналов на определенных длинах волн, лидар может предоставить информацию о содержании нефти в воде.
Новая китайская лидарная система имеет длину 15,7 дюйма (40 см) и диаметр 7,87 дюйма (20 см), что позволяет ей эффективно работать на глубине до 3 280 футов (1 000 метров) под водой.
Для повышения чувствительности исследователи интегрировали однофотонное детектирование в свою компактную подводную рамановскую лидарную систему.
«Установка подводной рамановской лидарной системы на автономный подводный аппарат или дистанционно управляемое транспортное средство позволит отслеживать утечки в подводных нефтепроводах», - пояснил Шангуан. «Потенциально она также может быть использована для разведки океанических ресурсов или для обнаружения типов отложений на морском дне, например, коралловых рифов», - добавил он.
Множество применений для подводного зондирования
Поскольку эта технология позволяет получать лазерные изображения высокого разрешения небольших подводных объектов, она имеет потенциальное применение в подводной археологии, структурной инспекции, а также в военных областях, таких как разведка и обнаружение подводных лодок.
В своей статье Шангуань заявил, что следующим планом команды является разработка подводного рамановского лидара с использованием лазера с меньшей длиной волны, например, синего лазера, чтобы минимизировать влияние флуоресценции хлорофилла морских растений. «Кроме того, мы интегрируем [систему] в автономные подводные аппараты (AUV)», - сказал он.
Согласно официальному сообщению Сямыньского университета, которое приводит South China Morning Post (SCMP), радарная технология команды может определять оптические свойства воды, профиль частиц воды, пузырьки, глубину воды, нефтяные пятна и многое другое.
«Такие радарные системы уже интегрированы в исследовательское судно Сямэньского университета Jia Geng, AUV и беспилотники, играя ключевую роль в морских исследованиях, разведке глубоководных ресурсов, экологическом мониторинге, а также в визуализации и распознавании подводных целей», - говорится в сообщении.
Дорогой читатель, подписывайся на канал и жми на "колокольчик" чтобы не пропускать новые статьи!