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技术前沿

激光:海洋探测的神奇之光

hth官方来源:中国光学科技馆2025-04-16我要评论(0)

在复杂的海洋探测领域,激光技术作为一种前沿的技术手段,在提升探测精度、拓展探测维度等方面展现出显著优势,为海洋科学研究提供了更为精确、高效的观测途径,助力科...

在复杂的海洋探测领域,激光技术作为一种前沿的技术手段,在提升探测精度、拓展探测维度等方面展现出显著优势,为海洋科学研究提供了更为精确、高效的观测途径,助力科研人员深入探究海洋系统的奥秘。

先来说说脉冲激光测距技术。这就像是给海洋测量深度和波高的“超级尺子”。它利用超短脉冲激光,这些激光脉冲就像一个个高速飞行的“小信使”。当设备向海面发射超短脉冲激光时,激光迅速冲向海面,一部分激光被海面反射回来,另一部分则继续深入浅海。通过精确测量激光从发射到接收的往返时间,再依据激光在空气中和海水中已知的传播速度,就能轻松算出海面波高与浅海水深。那前向散射又起到什么作用呢?海水中存在着各种微小颗粒,激光在传播过程中会与这些颗粒相遇发生散射。前向散射就像是给激光“开道”,让激光能突破海水的阻碍,传播到更深的地方,从而大大拓展了探测深度,让我们能了解到更深处的海洋地形信息。

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海水激光拉曼光谱雷达也是个厉害的角色。它主要通过光谱红移来探测海洋温度剖面,还能测定海水盐度、密度。当激光射入海水,与水分子相互作用后,会产生拉曼散射光。由于温度不同,水分子运动状态有差异,散射光的波长也会发生变化,也就是出现光谱红移现象。科学家们通过分析这种红移程度,就能推算出不同深度海水的温度,绘制出海洋温度剖面。同时,海水的盐度和密度也会影响拉曼散射光的特性,借助复杂但巧妙的算法,就能依据散射光信息得出海水盐度和密度数据,为海洋研究提供关键参数。

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海水激光荧光光谱雷达在探测海水化学成分方面功不可没。叶绿素在海洋生态中至关重要,而油膜的出现则可能预示着海洋污染。当激光照射海水时,叶绿素等物质会吸收激光能量,然后以特定波长的荧光形式释放能量。海水激光荧光光谱雷达就像一个“化学侦探”,通过捕捉这些荧光信号,能准确探测到海水中叶绿素的含量,了解海洋浮游植物的生长状况。对于油膜,不同种类的油在激光激发下会发出独特的荧光光谱,利用这一特性就能及时发现海洋中的油膜污染,为海洋环境保护提供有力支持。

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以中国科学院深海科学与工程研究所的研究成果为例,他们通过自主研发的水下激光成像系统,深入探索海洋奥秘。该系统不仅能够精准探测海底地形地貌,绘制高精度的海底地图,还能对海洋生物分布、海洋生态环境变化等进行实时监测,为我国的海洋资源开发、海洋生态保护以及深海科学研究提供了大量一手数据,极大地推动了我国海洋事业的发展。


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