MERLIN任务的激光雷达系统包括从泵浦激光器到频率转换的所有组件，设计特别紧凑，适合空间操作。
照片由Fraunhofer ILT拍摄，亚琛
北极的热浪，欧洲植被生长周期的延长，西非的严重洪水——从2021年开始，科学家们希望利用德国和法国的梅林卫星探索温室气体甲烷的排放。这是由位于亚琛的夫琅和费激光技术研究所ILT的新型强大激光系统实现的，该系统实现了前所未有的测量精度。
甲烷主要是有机物分解的结果。这种气体的变暖潜力是二氧化碳的25倍，但到目前为止，它在地球大气中并不常见。近几年来，甲烷浓度一直在增加。为了找到根本原因，测量甲烷被释放到地球大气中的位置和数量是很重要的。
然而，使用传统的测量技术不可能以高分辨率测量排放值。目前，基于卫星的系统利用阳光来探测甲烷。因此，只有在天空无云的情况下，才能测量地球面向太阳的一侧的温室气体。光的吸收使我们能够对空气中存在的分子进行评估。
甲烷可以随时随地测量
“我们的激光测量系统不需要阳光，所以你可以随时随地使用它进行测量，”Jens Löhring博士说，他一直在亚琛的夫琅和费ILT参与开发新的激光技术。“这项任务的目的是为气候科学家提供关于甲烷分布的准确全球数据，这些数据可用于支持他们的气候模型。这使得更好地预测气候变化成为可能。”
因此，Fraunhofer ILT的科学家们正在开发一种激光器，可以向地球发送非常精确的单频光脉冲。这种方法还使用光吸收来测量甲烷是否存在以及甲烷的浓度，与使用阳光测量甲烷相比，这更精确。激光脉冲可以精确地调节到预定波长的甲烷吸收线。“每种气体都有自己的光谱指纹。它的吸收效果取决于其特定的波长。重要的是，其他气体在这个波长没有吸收线，这样测量就不会被伪造”，Löhring解释道。这种新型激光器是MERLIN舰载激光雷达系统(光探测和测距)的重要组成部分。
免维护激光尽管大量使用
为了使激光器在为期三年的太空任务中平稳运行，无需维护，它必须能够承受冲击和振动，以及零下30到正50摄氏度之间的极端温度变化。“我们已经为激光器开发了光学机械组件，如反射镜和透镜支架等，以满足这些要求，并保持其非常精确的设置。”
另一个挑战是保持激光器周围外壳内的空气清洁。“粘合剂会污染空气，微小颗粒会挣脱出来，沉积在镜子上，破坏光学组件。由于这个原因，激光已经完全焊接和螺丝。这是一项全新的技术，使系统更加健壮，因此在工业和生产工程中的许多应用也很有趣。”Löhring说。
如需更多信息，请访问https://www.fraunhofer.de．
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