单光子拉曼激光雷达可探测水下石油泄漏

无论是对石油开采相关公司还是对那些希望保护海洋环境的公司来说，探测水下管道的石油泄露都至关重要。

据麦姆斯咨询报道，近期，厦门大学的一个研究项目展示了一种新型单光子拉曼激光雷达（LiDAR）系统，该系统可在水下工作，外远程探测并区分石油和其它物质。相关研究内容发表在Applied Optics期刊上，这为更紧凑、更节能的激光雷达平台提供了一条新的途径，以用于苛刻的海底环境。

厦门大学副教授上官明佳表示：“传统的拉曼激光雷达系统依靠增加激光功率和镜头孔径来实现遥感探测，这导致系统体积大、功耗高，很难将激光雷达系统集成到水下航行器上。而采用单光子探测技术就使这项工作成为可能。”

一段时间以来，利用单光子传感的进步作为实现更通用的海洋激光雷达平台的途径是一项重要的研究课题。传统激光雷达系统的探测深度有限，尤其是在波涛汹涌的大海上；但是拉曼激光雷达可以检测弹性反向散射光和特定分子的拉曼信号，可以在不同深度使用，同时受海况影响较小。

2023年5月，赫瑞瓦特大学（Heriot-Watt University）介绍了一种基于皮秒分辨率时间相关单光子计数的替代激光雷达设备，据说由于该架构实现了增强的灵敏度，因此适合水下探测使用。

据项目团队介绍，厦门大学研发的单光子拉曼激光雷达系统长40厘米，直径20厘米，可承受水下深达1公里的工作条件。在演示中，这款新的激光雷达系统可用于探测距离系统几米远的石英液槽（quartz cell）中不同厚度的石油。

在概念验证试验中，单光子拉曼激光雷达系统和石英池都浸没在水下0.6米深的大水池中，该激光雷达系统能够探测并区分1至15毫米范围内的石油厚度。

该研究项目的论文写道：“由于单光子探测的灵敏度，利用脉冲能量为1微焦耳的激光器和直径为22.4毫米的镜头实现了对水下石油相对较弱的拉曼背向散射信号的探测。通过实验演示，获得了不同厚度的水下石油在12米距离内的距离分辨拉曼背向散射信号。”

研究人员目前正在努力增加单光子激光雷达系统的探测通道数量和拉曼光谱分辨率，以增强其区分水中不同物质的能力。该研究项目称，这将使其能够用于分析水下气泡的类型以及检测珊瑚和锰结核。

审核编辑：刘清