近年來,國(guó)外還在致力于發(fā)展基于激光光源的監(jiān)測(cè)靈敏度更高的長(zhǎng)光程吸收光譜儀,但目前尚處于試驗(yàn)階段。在大氣污染探測(cè)激光雷達(dá)方面,近年來傾向于發(fā)展探測(cè)靈敏度很高的差分吸收激光雷達(dá),用于城市大氣環(huán)境和城市污染源的高時(shí)空分辨率探測(cè)。德國(guó)、美國(guó)、意大利和瑞典等國(guó)已分別研制成功車載式差分吸收激光雷達(dá)樣機(jī),并正在進(jìn)行實(shí)用性試驗(yàn)。考慮到差分吸收激光雷達(dá)的技術(shù)復(fù)雜、造價(jià)昂貴、可靠性差,對(duì)操作和維護(hù)人員的技術(shù)素質(zhì)要求太高,估計(jì)近期內(nèi)推廣使用有困難。因此世界各國(guó)也在發(fā)展拉曼激光雷達(dá)技術(shù)。拉曼激光雷達(dá)雖然探測(cè)靈敏度較差,但其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、造價(jià)較低、性能可靠,使用維護(hù)方便,使之很適合用于對(duì)城市大氣污染源的流動(dòng)監(jiān)測(cè),正好彌補(bǔ)了常規(guī)光學(xué)監(jiān)測(cè)手段對(duì)污染源監(jiān)測(cè)能力的不足。
LIDAR(LIght Detection And Ranging的縮寫)把短激光(全固態(tài)閃光燈泵激的鈦Sapphire激光器,波長(zhǎng)范圍750~870 nm,建立在光學(xué)非線性晶體上的二倍頻和三倍頻設(shè)備把紅外線激光輻射改變成紫外線輻射,波長(zhǎng)范圍250~400 nm)脈沖發(fā)射到大氣層,沿著它的軌跡,光被小粒子散射開(米式散射),并且也被空氣分子散射開(瑞利散射)。反向散射到LIDAR系統(tǒng)的少許光被望遠(yuǎn)鏡和敏感的檢測(cè)器接收,接收機(jī)信號(hào)被得到,作為一個(gè)時(shí)間函數(shù)。由于光的等速性,時(shí)間與散射器的距離有關(guān),因此空間信息沿著電子束軌跡被檢測(cè)。
可以從接收到的信號(hào)推導(dǎo)出的信息取決于發(fā)射光的波長(zhǎng),也取決于探測(cè)方法。為了確定污染物的空間分布,要用激光雷達(dá)(LIDAR)差分吸收(DIAL,DIfferential Absorption Lidar technique的縮寫)技術(shù)。DIAL方法利用的是待測(cè)氣體的吸收和大氣(包括氣體分子和氣溶膠)彈性后向散射的原理,一般在所選擇波長(zhǎng)(λON)處的氣體吸收截面較大,并且大氣氣體的彈性后向散射截面很大,回波強(qiáng)度較大易于接收測(cè)量。這兩個(gè)因素結(jié)合在一起,形成差分吸收方法測(cè)量的高靈敏度,再加上激光雷達(dá)的很高的距離分辨率和大范圍實(shí)時(shí)測(cè)量的特點(diǎn),使DIAL激光雷達(dá)成為測(cè)量氣體分子濃度空間分布的一種有力工具。其基本過程為:掃描平鏡能進(jìn)行俯仰和方位轉(zhuǎn)動(dòng),以實(shí)現(xiàn)三維空間立體掃描。通過自動(dòng)控制指令控制掃描平鏡的俯仰和方位轉(zhuǎn)動(dòng),使發(fā)射光束射向被測(cè)大氣,被測(cè)大氣的后向散射光信號(hào)由掃描平鏡反射到接收望遠(yuǎn)鏡,通過小孔光闌、衰減片、窄帶濾光片達(dá)到光電倍增管,前置放大器和高速A/D轉(zhuǎn)換器對(duì)光電倍增管輸出的微弱信號(hào)進(jìn)行處理,獲取測(cè)量數(shù)據(jù)并轉(zhuǎn)送到計(jì)算機(jī),數(shù)據(jù)處理軟件對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行處理,獲取被測(cè)污染物的濃度,并實(shí)時(shí)顯示污染物的空間分布。
激光雷達(dá)技術(shù)在環(huán)境監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用在國(guó)際上受到了相當(dāng)?shù)闹匾暋C绹?guó)、德國(guó)、英國(guó)、加拿大、日本等發(fā)達(dá)國(guó)家都建有用于大氣污染測(cè)量的激光雷達(dá)系統(tǒng),并在環(huán)境監(jiān)測(cè)中發(fā)揮著重要的作用。日本通產(chǎn)省已著手研制能觀測(cè)三維大氣中物質(zhì)密度和組分的環(huán)境監(jiān)測(cè)用激光雷達(dá),以測(cè)量都市上空的NOx、SOx、O3、甲烷等氣體的三維立體分布。加拿大的Optech公司(1974年開始研制)和德國(guó)的Elight、OHB等公司已向環(huán)境監(jiān)測(cè)與研究部門提供測(cè)污激光雷達(dá)樣機(jī)。例如,德國(guó)Eligh公司的510 M型車載激光雷達(dá),能夠監(jiān)測(cè)5種污染氣體(SO2、NO2、O3、甲苯、苯)和氣溶膠,但價(jià)格昂貴(120萬美元),國(guó)內(nèi)暫時(shí)還不可能裝備 。