Подводный лидар

Лидарами называются лазерные локаторы, способные (подобно радиолокаторам) зондировать рассеивающие объекты, как массивные, так и рыхлые (облака, шлейфы, сетки) и определять расстояние до них. Важными применениями лидаров являются измерение концентрации аэрозолей в воздухе и дистанционное зондирование в сельском хозяйстве [9]. Однако лидар может действовать и в жидкости, хотя из-за сильного рассеивания его работа в таких условиях имеет существенные ограничения. В то же время лидар может обнаруживать в жидкости объекты, недоступные для обычных гидролокаторов, и обеспечивать высокоточную подводную навигацию. Группой сотрудников Института общей физики им. А.М. Прохорова, Института космических исследований РАН и Московского технического университета связи и информатики впервые продемонстрирована работа лидара на двойном проходе сквозь слой воды толщиной 9 м [10]. В лидаре использовался импульсный лазер Nd³⁺:YAG с диодной накачкой, излучающий на волне 532 нм, с частотой следования импульсов 4 кГц и, впервые, с безопасной для глаз плотностью энергии излучения ≈ 1 мкДж см⁻². Ранее лидары превышали этот порог и их применение было запрещено. Авторы открыли новую эру [11] зондирования среды обитания без защиты глаз от поражения с использованием стробируемого приёмника. Здесь сигнал обратного рассеяния лидара регистрировался детектором на однофотонном лавинном фотодиоде (SPAD) с коэффициентом усиления ≈ 10⁶. Благодаря столь большому усилению детектора и подавлению шумов с помощью стробирования удалось достичь отношения сигнал/шум ≈ 35 в описанном эксперименте. В новом исследовании той же группы, поддержанном грантом Российского научного фонда № 23-42-10019, впервые достигнуто подводное обнаружение объектов сквозь слой воды толщиной 18 м, при этом пройденный фотонами путь составил 36 м в воде и 14 м в воздушной среде [12]. [9] Гудков С В и др. УФН 194 208 (2024); Gudkov S V et al. Phys. Usp. 67 (2) (2024); [10] Pershin S M et al. XX International Conference Laser Optics (ICLO), 2022, pp. 01 [11] Pershin S. et al., ``Spaceborn laser altimeter based on the single photon diode receiver and semiconductor laser transmitter'', in Conference on Lasers and Electro-Optics, J. Bufton, A. Glass, T. Hsu, and W. Krupke, eds., Vol. 10 of OSA Technical Digest (Optica Publishing Group, 1991), paper CFI1 [12] Pershin S M et al., доклад на 21-й Международной конференции ``Оптика лазеров'', С.-Петербург, 01-05 июля 2024 г.