無論是對石油開采相關公司還是對那些希望保護海洋環(huán)境的公司來說，探測水下管道的石油泄露都至關重要。

據麥姆斯咨詢報道，近期，廈門大學的一個研究項目展示了一種新型單光子拉曼激光雷達（LiDAR）系統(tǒng)，該系統(tǒng)可在水下工作，外遠程探測并區(qū)分石油和其它物質。相關研究內容發(fā)表在Applied Optics期刊上，這為更緊湊、更節(jié)能的激光雷達平臺提供了一條新的途徑，以用于苛刻的海底環(huán)境。

廈門大學副教授上官明佳表示：“傳統(tǒng)的拉曼激光雷達系統(tǒng)依靠增加激光功率和鏡頭孔徑來實現遙感探測，這導致系統(tǒng)體積大、功耗高，很難將激光雷達系統(tǒng)集成到水下航行器上。而采用單光子探測技術就使這項工作成為可能。”

一段時間以來，利用單光子傳感的進步作為實現更通用的海洋激光雷達平臺的途徑是一項重要的研究課題。傳統(tǒng)激光雷達系統(tǒng)的探測深度有限，尤其是在波濤洶涌的大海上；但是拉曼激光雷達可以檢測彈性反向散射光和特定分子的拉曼信號，可以在不同深度使用，同時受海況影響較小。

2023年5月，赫瑞瓦特大學（Heriot-Watt University）介紹了一種基于皮秒分辨率時間相關單光子計數的替代激光雷達設備，據說由于該架構實現了增強的靈敏度，因此適合水下探測使用。

據項目團隊介紹，廈門大學研發(fā)的單光子拉曼激光雷達系統(tǒng)長40厘米，直徑20厘米，可承受水下深達1公里的工作條件。在演示中，這款新的激光雷達系統(tǒng)可用于探測距離系統(tǒng)幾米遠的石英液槽（quartz cell）中不同厚度的石油。

在概念驗證試驗中，單光子拉曼激光雷達系統(tǒng)和石英池都浸沒在水下0.6米深的大水池中，該激光雷達系統(tǒng)能夠探測并區(qū)分1至15毫米范圍內的石油厚度。

該研究項目的論文寫道：“由于單光子探測的靈敏度，利用脈沖能量為1微焦耳的激光器和直徑為22.4毫米的鏡頭實現了對水下石油相對較弱的拉曼背向散射信號的探測。通過實驗演示，獲得了不同厚度的水下石油在12米距離內的距離分辨拉曼背向散射信號。”

研究人員目前正在努力增加單光子激光雷達系統(tǒng)的探測通道數量和拉曼光譜分辨率，以增強其區(qū)分水中不同物質的能力。該研究項目稱，這將使其能夠用于分析水下氣泡的類型以及檢測珊瑚和錳結核。

審核編輯：劉清