氣象激光雷達作為一種先進(jìn)的大氣探測工具，通過(guò)發(fā)射激光脈沖并分析其與大氣粒子相互作用后的回波信號，能夠實(shí)時(shí)、高精度地獲取大氣溫度、濕度、氣溶膠分布及風(fēng)場(chǎng)等參數。在激光雷達系統中，光學(xué)元件的性能直接影響探測精度和設備穩定性。其中，1550nm窗口保護玻璃作為激光發(fā)射與接收通道的核心部件，在氣象探測中扮演著(zhù)至關(guān)重要的角色。下面我們將深入解析這一光學(xué)元件的原理、技術(shù)優(yōu)勢及其在氣象領(lǐng)域的應用價(jià)值。

（圖源大舜激光，侵刪）

一、1550nm窗口保護玻璃的設計特性  

1. 波長(cháng)選擇性?xún)?yōu)化  

1550nm波段位于近紅外光譜區域，具有獨特的應用優(yōu)勢，其一是人眼安全性，相比常見(jiàn)的1064nm激光，1550nm波長(cháng)更遠離人眼敏感區（可見(jiàn)光至1400nm），符合國際激光安全標準（IEC 60825-1），適合長(cháng)時(shí)間無(wú)人值守的氣象觀(guān)測場(chǎng)景。其二大氣穿透性：1550nm激光在雨、霧等復雜氣象條件下的衰減較低，能夠穿透更厚的云層和氣溶膠層，提升探測范圍。  

保護玻璃需針對該波段進(jìn)行增透鍍膜設計，確保透過(guò)率＞99%（@1550nm±50nm），同時(shí)抑制其他波段的雜散光干擾。

（激埃特1550nm窗口保護片）

2. 環(huán)境耐受性設計  

氣象激光雷達常部署于戶(hù)外極端環(huán)境，保護玻璃需滿(mǎn)足以下嚴苛要求：  

抗磨損與防腐蝕：表面采用類(lèi)金剛石（DLC）或氧化鋁硬質(zhì)鍍膜，莫氏硬度≥8級，抵御沙塵、鹽霧侵蝕。  

寬溫區穩定性：通過(guò)低應力封裝工藝，保證在-40℃至+80℃范圍內無(wú)開(kāi)裂、形變，光學(xué)性能無(wú)漂移。  

防水防結露：疏水鍍膜設計（接觸角＞110°），防止雨水附著(zhù)或高濕環(huán)境下的結露現象，確保信號完整性。

3. 低光學(xué)畸變與熱管理  

高面形精度：表面粗糙度＜1nm（RMS），波前畸變＜λ/10@633nm，避免激光束發(fā)散或聚焦偏移。  

高熱導率基底：選用金剛石窗口或熱壓硫化鋅（ZnS）材料，快速導出激光器工作時(shí)產(chǎn)生的熱量，防止熱透鏡效應。

二、在氣象激光雷達中的核心作用  

1. 保障激光發(fā)射效率  

作為激光出射端的“第一道屏障”，保護玻璃的高透過(guò)率直接決定激光能量利用率。以多普勒測風(fēng)激光雷達為例，若窗口透過(guò)率降低1%，則信噪比（SNR）下降約2%，嚴重影響風(fēng)速反演精度。

（激埃特1550nm窗口保護片2）

2. 保護內部光學(xué)系統  

阻擋外部污染物：有效隔離PM2.5、花粉等細小顆粒，避免其沉積在內部透鏡或探測器表面。  

抗高能激光損傷：通過(guò)離子束輔助沉積（IAD）技術(shù)制備的1550nm高損傷閾值膜層（＞10J/cm2, 10ns脈沖），可承受高峰值功率激光的長(cháng)期照射。

3. 延長(cháng)設備維護周期  

傳統開(kāi)放式光學(xué)窗口需頻繁清潔，而高性能保護玻璃的自清潔特性可將維護間隔延長(cháng)至6-12個(gè)月，顯著(zhù)降低野外臺站的運維成本。

三、典型應用場(chǎng)景與案例  

1. 云層與氣溶膠垂直剖面探測  

在NASA的CALIPSO衛星激光雷達中，1550nm保護玻璃助力實(shí)現全球氣溶膠層厚度及云頂高度的晝夜連續監測，為氣候模型提供關(guān)鍵數據。  

2. 邊界層風(fēng)場(chǎng)遙感  

歐洲多國聯(lián)合建設的WindScanner網(wǎng)絡(luò )采用多臺1550nm激光雷達組網(wǎng)，其保護玻璃的耐候性設計使其在北海高濕、高鹽環(huán)境下穩定運行，實(shí)時(shí)追蹤臺風(fēng)三維結構。  

3. 城市污染監測  

中國“大氣環(huán)境立體探測超級站”通過(guò)激光雷達組實(shí)時(shí)監測PM2.5擴散路徑，保護玻璃的抗污染鍍膜技術(shù)確保設備在霧霾天氣中仍能獲取清晰信號。

（圖源大舜激光，侵刪）

四、未來(lái)發(fā)展趨勢  

1. 多功能集成化：開(kāi)發(fā)同時(shí)具備抗靜電、防冰覆等功能的智能鍍膜技術(shù)。  

2. 超表面技術(shù)應用：利用亞波長(cháng)結構調控激光偏振態(tài)，提升多參數探測能力。  

3. 低成本制造工藝：推進(jìn)磁控濺射鍍膜與超精密模壓成型技術(shù)，滿(mǎn)足氣象雷達大規模組網(wǎng)需求。

1550nm窗口保護玻璃作為氣象激光雷達的“光學(xué)衛士”，其性能直接關(guān)系到大范圍、高精度氣象數據的獲取能力。隨著(zhù)新材料與鍍膜技術(shù)的進(jìn)步，這一元件將持續推動(dòng)氣象雷達向更可靠、更智能的方向發(fā)展，為防災減災、氣候變化研究提供堅實(shí)的技術(shù)支撐。