发射接收望远镜
近日，由中科院武汉物理与数学研究所研制的我国首台“白光激光雷达装置”通过验收。据了解，此次完成的是一套用于大气微量成分浓度探测的白光激光雷达装置，整套系统由以下几部分构成：TW级飞秒激光器；啁啾控制装置；发射接收望远镜；信号同步控制；时间分辨的光谱探测系统。白光激光雷达是激光雷达的一个重要新兴领域，它的研制成功将为遥感探测大气打开新的途径。
飞秒激光技术新利用
20世纪90年代以来，高功率飞秒激光技术得到长足的进步，50飞秒几个太瓦的高功率激光系统已经成为实验室常规设备。飞秒高功率激光在大气传输时由于光学克尔效应使得光束在传输中发生光束塌缩，形成自聚焦；自聚焦导致激光强度急剧提高使得大气分子发生电离；电离产生等离子体的散焦效应和克尔效应的动态平衡使飞秒高功率激光在大气中形成长距离电离通道。伴随通道现象，超短激光脉冲与介质发生强烈的非线性效应，形成超连续光谱。这种超连续现象在光谱上覆盖190nm~4500nm的广泛区域，这样宽的光谱带宽几乎可以包括全部自然分子、离子的特征光谱以及大部分人造污染物的特征光谱，同时超连续光具有后向散射增强特性，与瑞利散射相比后向散射截面增大4~5个数量级。
基于飞秒激光大气传输特性，白光激光雷达随之问世。2000年，P.Rairoux等首次利用飞秒激光进行了遥感探测实验，结果表明：太瓦级飞秒激光脉冲能传输到十几千米的高空，在发射出去的雷达信号中，自导光丝中产生的超连续白光优先反射回来，从而可检测到从12km高空反射回来的白光雷达信号。2001年由德国和法国合作的Teramobile项目小组研制成功了世界上第一台车载白光激光雷达。白光激光雷达综合了长程差分吸收技术的高灵敏度，激光雷达的高空间、时间分辨等优点，可以在0.3μm～4μm全光谱波段内实现实时空间分辨遥感探测，大大拓展了激光雷达的应用领域。白光激光雷达装置不仅可以利用传统的差分吸收光谱技术进行探测，而且利用高功率激光与大气物质（分子和气溶胶）的非线性相互作用，可以利用相干拉曼散射、多光子荧光发射光谱、激光等离子体发射等多种技术原理实现对大气化学成分、大气气溶胶成分的遥感探测。
白光激光雷达新优势
白光激光雷达作为激光雷达的一种，其基本工作原理与激光雷达是一样的，但它使用飞秒激光远距离产生的丝状等离子体作为光源，与普通激光雷达工作模式不同。关于白光激光雷达的初步研究表明，作为新型的大气遥感探测手段，白光激光雷达主要有以下两大优点：
一、白光激光雷达实现了宽带光谱探测与空间分辨探测的结合。白光激光雷达可以在探测高度形成丝状等离子体白光光源，利用白光的超连续辐射特性可以进行大气组分探测，与常规双波长差分吸收激光雷达不同，它可实现全光谱范围多种成分同时探测。常规双波长差分吸收激光雷达采用单色激光源，一次只能探测一种物质。对于探测复杂多变的大气成分和污染物来说，常规差分吸收激光雷达有较大的局限性。而白光激光雷达使用的是飞秒激光自聚焦后产生的超连续白光，在光谱上覆盖0.2μm～4.5μm的广泛区域，这样宽的光谱带宽几乎可以包括全部自然分子、离子的特征光谱以及大部分人造污染物的特征光谱。
利用日光、月光等自然白光光源，也可以进行被动式的遥感探测，但只能测量全路径上的白光信号，无法实现空间分辨。白光激光雷达是利用飞秒激光自聚焦后产生的白光做为光源，属于主动式的遥感探测。通过控制飞秒激光在远距离处自聚焦的位置，可以实现白光激光雷达探测大气时的空间分辨。
二、白光激光雷达能够实现多种气溶胶成分的实时荧光光谱探测。传统测量气溶胶成分分析需要采集后在实验室进行荧光光谱分析。这种方法不能对大气中气溶胶的变化进行实时探测；而普通的Mie散射激光雷达只能通过探测气溶胶的折射指数的虚部来估计气溶胶的成分变化，精度很低。
白光激光雷达通过飞秒激光脉冲自聚焦效应，达到很强的功率密度，可以局域电离远距离处的大气，形成等离子体，辐射出超连续白光。这种超连续白光的宽谱结构使得白光激光雷达能够分析实际大气的气溶胶成分。白光激光雷达不仅继承了Mie散射激光雷达测量气溶胶的优点，又通过改变探测光源而提高了自身的探测能力，真正实现了多种气溶胶成分的实时荧光光谱探测。
目前，白光激光雷达装置已建成并投入正式使用，将对飞秒高功率传输特性研究、超连续白光机制研究以及大气遥感探测新方法研究产生促进作用，具有广阔的应用前景。