致力于激光雷達遙感的創(chuàng)新研究

畢少華

劉博研究員笑著說自己從事的是“觀光追影”的科研工作，這是一個幽默又形象的比喻，用專業(yè)的解釋，本文主角中國科學院光電技術(shù)研究所研究員劉博的主要研究方向是激光雷達遙感探測。

這個研究方向是將傳統(tǒng)雷達技術(shù)與現(xiàn)代激光技術(shù)結(jié)合在一起，以更高的角度、距離和速度分辨率，更強的抗干擾能力等多種相對于微波雷達技術(shù)更優(yōu)的性能，能夠?qū)μ綔y目標進行更精細、全面的監(jiān)測。一路走來的劉博不被環(huán)境的變化所困惑，用簡單扎實了基礎以應對，不但收獲頗豐而且越戰(zhàn)越勇。

簡單的研究之路

劉博的研究之路可用簡單二字概括，其中包括兩層含義：簡單的研究方向，簡單的研究經(jīng)歷。多年來劉博只花費精力研究一件事：用光來探索未知，為此而經(jīng)歷的求學、研究之路也沒有讓人眼花繚亂：國內(nèi)扎根于頂尖名校與著名風景區(qū)兩項美譽兼有的武漢大學，完成知識的積累，畢業(yè)后進入中國科學院安徽光學精密機械研究所，后應邀赴美在與著名的黃石國家公園為鄰的大氣研究領域的名校——美國懷俄明大學繼續(xù)研究，目前就職于中國科學院光電技術(shù)研究所，畢業(yè)后一直從事激光雷達遙感研究。

在游人與師生數(shù)量不相上下的武漢大學，陪伴著遍地名勝的珞珈山，劉博一待就是九年。在先后獲得了光學學士、碩士和空間物理博士學位的同時，為研究激光雷達探測技術(shù)打下了堅實的基礎。2005年，以優(yōu)異成績畢業(yè)的劉博來到位于蜀山湖畔科學島上的中國科學院安徽光學精密機械研究所。作為中國科學院基地型研究所，這里建設有以國家“863計劃”大氣光學重點實驗室為代表的多個重點實驗室，大氣光學、激光技術(shù)是該所有特色、有優(yōu)勢的研究領域。在這里四年的研究工作，不僅讓劉博成長為科研骨干，還讓他積累了豐富的科研及工程技術(shù)經(jīng)驗。

2009年，科研成績突出的劉博受美方邀請，赴美國懷俄明大氣科學系進行學術(shù)交流。完成博士后研究后他被聘為副研究員，并成為美國國家自然科學基金（NSF）支持的懷俄明大學King Air研究小組（UWKA）中唯一的一名激光雷達科學家，全面負責機載激光雷達相關的各項工作。由他擔任技術(shù)負責人研制的機載緊湊型拉曼激光雷達及四通道偏振機載激光雷達裝載于該系的King Air型飛機和美國國家大氣研究中心（NCAR）的C130型飛機上，成功的完成了一系列科學實驗，獲得了大量珍貴的探測數(shù)據(jù)，劉博因此受到國際同行的一致好評，受邀成為《Optics Express》、《Applied Optics》、《光學學報》、《中國激光》等多個國際、國內(nèi)權(quán)威學術(shù)刊物的審稿人。

2014年，科研成果豐碩、科研視野更加開闊的劉博，放棄國外優(yōu)厚的待遇、先進的科研環(huán)境，作為中科院“百人計劃”A類引進人才加入中國科學院光電技術(shù)研究所，隨后入選四川省“千人計劃”人才項目。他希望個人的價值能夠最大限度的實現(xiàn)，而“用我所學為國家參與國際科技競爭盡一份力”是他認為最好的選擇。

豐碩的科研成果

對激光雷達遙感探測的研究，劉博從攻讀博士學位時就已經(jīng)展開，多年來他在這一領域的研究實現(xiàn)了多項突破。

由他首次提出的利用激光垂準儀來對大型接收望遠鏡進行調(diào)整的方法，實現(xiàn)了激光雷達光學系統(tǒng)的自動準直調(diào)整功能，大大簡化了激光雷達光學系統(tǒng)的調(diào)整步驟，降低調(diào)整難度和工作量。相關結(jié)果發(fā)表在國際權(quán)威期刊《Applied Optics》上并受到審稿人的高度評價。作為學位論文的主要內(nèi)容，由劉博主持完成研制了國內(nèi)第一臺鐵波爾茲曼溫度探測激光雷達。利用高精度波長計實現(xiàn)了對染料激光器的波長快速變換的閉環(huán)監(jiān)測，從而用一臺激光器實現(xiàn)了對中層頂鐵層的溫度探測，使我國成為世界第三個擁有此種探測設備的國家。

在中國科學院安徽光學精密機械研究所工作期間，劉博主持研制的氣溶膠探測激光雷達系統(tǒng)同時解決了激光雷達近地面探測的盲區(qū)問題以及大動態(tài)范圍信號的接收問題，實現(xiàn)了激光雷達的無盲區(qū)探測，大大提高了激光雷達測量大氣氣溶膠光學厚度時的精度。結(jié)合他作為基金項目負責人完成的科研成果，劉博還主持完成了某裝備型號研制任務，解決了白天強日光背景下對大氣中水汽含量的激光雷達探測這一難題，所研制的車載激光雷達達到了國際一流的探測水平。

在大氣監(jiān)測方面，傳統(tǒng)的微波雷達對云層具有較好的穿透性，但對氣溶膠等小粒子不夠敏感；激光雷達則恰恰相反，它對云層的穿透性差，但對小粒子卻十分敏感。劉博抓住這一特點，在美國懷俄明大學研究期間研制的機載激光雷達WCL與機載微波雷達WCR（95GHz）實現(xiàn)了同平臺搭載、同步探測，成為“世界上一個極富特色的研究小組”，取得了大量具有重要研究價值的探測數(shù)據(jù)。結(jié)合機載偏振激光雷達的研制，劉博在此期間還提出了新的偏振激光雷達標定方法，首次實現(xiàn)了對發(fā)射光路系統(tǒng)退偏常數(shù)的標定，同時極大地提高激光雷達退偏振度探測的精度。

踏上新的征程

選擇了新的起點，因為有新的目標要實現(xiàn)。正值我國“十三五”規(guī)劃的開啟之際，回到國內(nèi)的劉博希望自己的研究能為國民經(jīng)濟應用及國家重大戰(zhàn)略需求提供相關的解決方案。對此，他為自己制定的明確目標是：一方面緊緊聚焦于激光三維成像領域的前沿熱點和難點問題，探索激光三維成像的新方法和新應用，尤其是面向空間應用重大戰(zhàn)略需求的激光主動探測手段；另一方面，繼續(xù)開展激光大氣探測方面的相關研究，面向我國大氣污染防治的重大研究計劃開展研究工作。

短短一年時間里，劉博不但已建立起一支結(jié)構(gòu)合理、業(yè)務素質(zhì)良好、年輕富有活力的科研團隊，還以激光雷達遙感的新方法和重要應用為研究方向，如火如荼地開展了激光雷達和空間激光通信方面的研究工作。劉博團隊光束發(fā)射/接收方向電控快速掃描的研究成果，在第27屆國際激光雷達會議上報告后反響熱烈。他們還與所內(nèi)外相關單位積極合作，在空間激光通信與精密測距的研究方面創(chuàng)新性地提出了新的隔離方案，經(jīng)實驗測試遠高于目前國外同類技術(shù)水平。兩項研究成果均已申請專利并獲受理。

劉博的科研究之路因為“五光十色”的研究對象而困難重重，也因為攻克了這些難關而閃閃發(fā)光。無論是星光暗淡的低谷時期，還是陽光普照的成功歲月，過去、現(xiàn)在、未來，劉博將帶領自己的團隊一如繼往地為科研事業(yè)奮斗，為國家建設添磚加瓦。