据中国光学期刊网，于2023年06月30日报道，新型单光子拉曼激光雷达适用于水下应用。

         图：研究人员开发了一种单光子拉曼激光雷达系统，该系统在水下运行，可以远程区分各种物质。他们通过使用该系统在距离系统12米远的一个大水池中的石英池中检测不同厚度的汽油来演示该系统。来源：Mingjia Shangguan, Xiamen University （图略）

        研究人员报告了一种新的单光子拉曼激光雷达系统，该系统可以在水下工作，并且可以远程区分各种物质。他们还表示，新系统可以探测水下12米远的石油厚度，这对探测石油泄漏很有用。

       来自中国厦门大学的研究小组负责人Mingjia Shangguan表示:“区分水中物质并检测它们在海洋中的分布特征对海洋监测和科学研究具有重要意义。”“例如，我们展示的水下石油遥感可以用于监测水下石油管道的泄漏。”

       虽然基于拉曼信号的激光雷达方法以前被用于探测水下物质，但现有的系统不切实际，因为它们体积庞大，需要大量的电力。

       在Applied Optics上，研究人员描述了他们的新激光雷达系统，该系统仅使用1 μJ的脉冲能量和22.4毫米的接收器孔径。整个激光雷达系统长40厘米，直径20厘米，可以在水下1公里处工作。为了提高灵敏度，研究人员将单光子探测集成到紧凑的水下拉曼激光雷达系统中。

       Applied Optics说:“在自主水下航行器或远程操作的航行器上安装水下拉曼激光雷达系统，可以监测水下输油管道的泄漏。”“它还可能用于勘探海洋资源，或用于探测海底沉积物类型，如珊瑚礁。”

       水下激光雷达的单光子灵敏度

       传统的激光雷达系统设计用于船舶、飞机或卫星的水上操作，可以实现大规模的海洋剖面，但它们的探测深度有限，特别是在恶劣的海况下。然而，拉曼激光雷达系统可以在不受海况影响的情况下用于不同深度的水下分析。

       拉曼激光雷达的工作原理是向水中发射绿色激光脉冲，与油等物质相互作用。这激发了非弹性拉曼信号，可以用来识别物质。通过测量特定波长拉曼信号的强度，激光雷达可以提供有关水中石油含量的信息。

       Applied Optics说:“传统的拉曼激光雷达系统依靠增加激光功率和望远镜孔径来实现遥感探测，这导致系统尺寸大，功耗高，难以将激光雷达系统集成到水下航行器上。”“单光子探测技术的使用使这项工作成为可能，因为它将探测灵敏度提高到了单光子的水平。”

       研究人员展示了他们的新激光雷达系统，用它来探测距离系统12米远的石英电池中不同厚度的汽油。激光雷达系统和石英电池都被淹没在水下0.6 m的一个大水池中。激光雷达系统能够检测和区分汽油的所有厚度，范围从1毫米到15毫米。

       研究人员现在正在努力增加探测通道的数量和单光子激光雷达系统的拉曼光谱分辨率，以提高其区分水中不同物质的能力。这将使它能够用于分析水下气泡类型，并检测珊瑚和锰结核。