JP2022075656A - 微分吸収測定および背景距離測定のためのｌｉｄａｒシステム - Google Patents

Abstract

【課題】ＩＰＤＡ（統合経路微分吸収）測定を実行することと、測定領域の背景に存在する障害物からの離隔距離を決定することとの両方を実現する、光ファイバを用いて達成可能な新規のＬＩＤＡＲシステムを提供する。【解決手段】ＬＩＤＡＲシステムは２つの別個の光周波数（ν１、ν２）間の化学化合物の微分吸収測定を実行し、吸収が発生する測定領域の背景に存在する障害物からの離隔距離を測定するように構成される。ＬＩＤＡＲシステムが十分な発光パワーを有しながら光ファイバ技術を実装することを可能にするために、発光光パワー値は、放射発光シーケンスの間の、異なる時間間隔間において変更される。ＬＩＤＡＲシステムは、測定領域に含まれる化学化合物の量、および測定領域の背景に位置する障害物からの離隔距離を評価することを可能にする。【選択図】図１ａ

Description

発明の詳細な説明

［技術分野］
本明細書に記載される説明は、微分吸収測定および背景距離測定を実行するのに適したＬＩＤＡＲ（ライダー）システムに関する。本発明はまた、そのようなシステムを用いて化学化合物の量を測定するための方法に関する。

［従来技術］
微分吸収測定を用いて、測定領域に含まれる化学化合物の量を評価することが知られている。この目的のために、測定領域に向かって放出された放射光の吸収は、化学化合物の吸収帯に対応しない放射光の第１周波数について、また、化学化合物の吸収帯に対応する放射光の第２周波数について測定される。したがって、両方の周波数の放射光を測定領域に向けて放射し、各周波数について測定される吸収レベルを比較することが必要である。このような測定方法は、一般にＩＰＤＡ（Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｐａｔｈ Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ Ａｂｓｏｒｐｔｉｏｎ：統合経路微分吸収）と呼ばれる。また、例えば、測定領域の背景に存在する障害物の位置までの距離のような、測定領域の深さを知る必要がある。

ＬＩＤＡＲシステムを用いてこのようなＩＰＤＡ測定を行うことは、特に、検出感度およびこのようなシステムが提供する検出信号を分析する能力の理由から、有用である。したがって、光ファイバから作られたＬＩＤＡＲシステムを使用できるようになることは、重要な課題である。それは、そのようなシステムが小型軽量化、より良いエネルギー効率、およびそれらが構成される光学部品間の協調の損失への抵抗性の強さを有するからである。

しかしながら、ＩＰＤＡ測定は、以下の要件を満たす必要がある：
測定領域に含まれる化学化合物に影響する可能性のある変動に比較して、十分に迅速に、連続して、少なくとも２つの放射光を異なる光周波数値で放射できなければならない。より正確には、両方の放射光のパルスが測定領域の化学化合物の変動に比較して、十分に高い繰り返し周波数で放射されなければならず、例えば１ｋＨｚ（キロヘルツ）より高い繰り返し周波数での検知信号の分析を可能にしなければならない；
両方の放射光、すなわち測定される化学化合物の吸収帯の外側にある放射光、および当該化学化合物の吸収帯の１つに対応する放射光は、それぞれに十分なエネルギーを用いて放射されなければならない；
化学化合物の吸収帯の１つに対応する放射光は、化学化合物による吸収を判定する際に十分な精度を提供するためには、十分に狭いスペクトル線幅を有さなければならない。特に、当該放射光の中心波長が約１．６μｍ（マイクロメートル）である場合、化学化合物の吸収帯の１つに対応する放射のこのスペクトル幅が１００ＭＨｚ（メガヘルツ）未満であることが必要になり得る；
経過時間を特徴付けることによる背景障害物の離隔距離の測定は非常に短く、典型的には約１００ｎｓ（ナノ秒）未満の個々の期間の放射光パルスを使用することを必要とする。

しかし、光ファイバに生じる誘導ブルユアン散乱というよく知られた現象は、光ファイバでできたＬＩＤＡＲシステムによって放射され得る放射光パルスのピークパワーを制限する。その結果、これらの光ファイバＬＩＤＡＲシステムの最大距離に制限をかけることになる。

［技術的課題］
これらの制約を考慮に入れて、本発明の目的は、ＩＰＤＡ測定を実行することと、測定領域の背景に存在する障害物からの離隔距離を決定することとの両方を実現する、光ファイバを用いて達成可能な新規のＬＩＤＡＲシステムを提供することである。

より具体的には、本発明は、少なくとも１つの光ファイバを用いて実施され、放出された放射光を伝送するが、誘導ブルユアン散乱によって生じるピークパワーの制限が、拡張または排除されるようなＬＩＤＡＲシステムを提供することを目的とする。

［発明の概要］
この目的または他の目的を達成するために、本発明の第１態様は、２つの別個の光周波数間の微分吸収測定と、吸収が発生する測定領域の背景に存在する障害物からの離隔距離の測定とを実行するように構成されたＬＩＤＡＲシステムを提供する。本発明の当該ＬＩＤＡＲシステムは、２つの光周波数のいずれかで放射光を生成するのに適したレーザ源アセンブリと、パルス期間およびパルス光パワー値を含むパルスエンベロープ形状を、各々の放射光に適用するように構成された強度変調手段と、強度変調手段を制御するように構成された発光制御装置と、を備える。

本発明の文脈において、パルス光パワーは、各パルスの強度を特徴付ける値を意味すると理解され、この値はおそらくパルスのピークパワー、またはパルスの期間全体にわたって評価される平均パワーに対応し、ピークパワー値および平均パワー値は、一定の期間およびパルス形状において、一方の関数として他方を増大させることが理解される。

本発明によれば、ＬＩＤＡＲシステムは、当該ＬＩＤＡＲシステムの運用中に、微分吸収の測定および背景障害物からの離隔距離の測定が行われる目標方向において、放射発光シーケンスを発光するように構成されており、当該放射発光シーケンスは、第１スペクトル幅、第１パルス期間、および第１パルス光パワー値を有し、かつ２つの光周波数のうちの第１光周波数において放射発光がスペクトル状に位置する第１時間間隔と、第２スペクトル幅、第２パルス期間、および第２パルス光パワー値を有し、かつ２つの光周波数のうちの第２光周波数において、放射発光がスペクトル状に位置する第２時間間隔と、を有する放射発光シーケンスを有する。

第１時間間隔および第２時間間隔は、放射発光シーケンスにおいて任意の方法で連続してよく、放射発光シーケンスは、２つの第２時間間隔の間に、任意の数の第１時間間隔を有してよく、その逆であってもよい。追加的にまたは代替的に、放射発光シーケンスは、第２光周波数の周辺に位置する、２つのパルスの間の第１光周波数の周囲に配置された任意の数のパルスを有してよく、その逆であってもよい。

さらに、放射発光シーケンスは、第1スペクトル幅および第２スペクトル幅は、第１時間間隔中および第２時間間隔中の放射発光が、分離されたスペクトル間隔に対応するような幅であり第１スペクトル幅は第２スペクトル幅よりも大きく、ｉｉ）第１パルス光パワー値は、第２パルス光パワー値よりも大きく、ｉｉｉ）第１パルス期間は、第２パルス期間よりも短い、という特徴を有する。

このようなＬＩＤＡＲシステムは、光ファイバ製でもよく、特に、そのレーザ源アセンブリは、ＭＯＰＦＡ型（Ｍａｓｔｅｒ Ｏｓｃｉｌｌａｔｏｒ Ｐｏｗｅｒ Ｆｉｂｅｒ Ａｍｐｌｉｆｉｅｒ：主発振器出力増振器）であってもよい。このＭＯＰＦＡ型のＬＩＤＡＲシステムでは、放射光パルスは、まず所望のスペクトル幅を有して生成され、所望のエンベロープ形状にしたがって変調され、連続するパルス間で分離され、次いで、これらのパルスは増幅されて外部に放射される。

第１スペクトル幅が第２スペクトル幅よりも大きいおかげで、このようなＬＩＤＡＲシステムを作成するのに使用される光ファイバに、このシステムの操作または使用を妨げる誘導ブルユアン散乱効果が生じることなく、第１パルス光パワー値を高く、または非常に高くするように選択することができる。

ＩＰＤＡ測定に使用するために、第１時間間隔中の放射発光は、測定に関係する化学化合物の吸収帯の外側になるように選択される。第１時間間隔の間の当該放射発光は、さらに、測定領域の背景に存在する障害物からの離隔距離を推定するために使用される。この遠隔測定は、ＬＩＤＡＲシステムと背景障害物との間の往復について、第１時間間隔の間に放射される放射光パルスの経過時間を判定することによって行われる。これらの第１時間間隔の間、スペクトル幅を拡大することによって実現される高パルス光パワー、およびパルス期間の短縮化により、背景障害物からの離隔距離を推定する際の精度が向上する。第２時間間隔中の放射発光は、化学化合物の吸収帯の１つの範囲内にあるように選択される。第２時間間隔の間、パルスのスペクトル幅が低いことにより、化学化合物の量を推定する際により精度が高くなる。化学化合物の量は、第２光周波数の周辺の第２時間間隔中に放出される放射光と、第１光周波数の周辺の第１時間間隔中に放出される放射光との間の、ＬＩＤＡＲシステムによって判定される吸収比に基づいて推定され、その際、背景障害物からの離隔距離に対する推定値が考慮される。

好ましくは、ｉ）放射発光シーケンスの繰り返し周波数は、１ｋＨｚと５０ｋＨｚとの間であってもよく、ｉｉ）第１時間間隔は、１０ｎｓ～２００ｎｓ、好ましくは５０ｎｓ～１００ｎｓの個々の期間を有していてよく、ｉｉｉ）第２時間間隔は、０．１μｓ（マイクロ秒）～１０μｓ、好ましくは０．５μｓ～５μｓの個々の期間を有していてよく、ｉｖ）第１時間間隔の間に測定領域においてＬＩＤＡＲシステムが放射する放射光の第１スペクトル幅は、１００ＭＨｚ～２０００ＭＨｚの間、好ましくは５００ＭＨｚ～１０００ＭＨｚの間であってよく、ｖ）第２時間間隔の間に測定領域においてＬＩＤＡＲシステムが放射する放射光の第１スペクトル幅は、１０ＭＨｚ～２００ＭＨｚの間、好ましくは５０ＭＨｚ～１００ＭＨｚの間であってよく、上記のｉ）～ｖ）の特徴のうちの１つ以上が、発光制御装置によって選択されてもよい。

最後に、レーザ源アセンブリは、第１時間間隔中および第２時間間隔中のそれぞれに測定領域内のＬＩＤＡＲシステムによって放出される放射光が、１．３μｍと１．８μｍとの間、特に１．５μｍと１．６μｍとの間、または約２μｍに位置する波長に対応する第１光周波数値および第２光周波数値を有するように構成されてもよい。このような波長領域は特に、測定領域に含まれる二酸化炭素の量を測定するのに適している。

さらに、本発明のＬＩＤＡＲシステムは第１光周波数および第２光周波数に対応し、第１時間間隔および第２時間間隔の間の発光にそれぞれ対応する後方散乱放射光を独立に検出、処理、分析するように構成された検出経路を備える。

場合によっては、ＬＩＤＡＲシステムは検出経路の入力部から少なくとも１つの出力部に接続される計算ユニットを、さらに備えていてもよい。当該計算ユニットは、検出経路によって生成される分析信号に基づいて、背景障害物からの離隔距離および測定領域に含まれる化学化合物の量の推定値を提供するように構成される。

本発明の実施可能な異なる実施形態に応じて、特に、２つの光周波数のそれぞれで放射光を生成するためにレーザ源アセンブリで使用される異なる型のレーザ発振器に応じて、第１スペクトル幅および／または第２スペクトル幅は、固有のものであってもよく、または専用のスペクトル拡大手段によって生成されてもよい。固有のスペクトル幅は、対応するレーザ発振器によって生成される、放射光のスペクトル幅を意味すると理解される。言い換えれば、前者の場合、第１時間間隔中および／または第２時間間隔中に放出されるパルスのスペクトル幅は、対応するレーザ発振器のスペクトル幅に一致する。それ以外の場合には、ＬＩＤＡＲシステムは、レーザ源アセンブリによって生成される放射光のうちの少なくとも１つのスペクトル幅を修正するように配置されるスペクトル拡大手段をさらに備える。

本発明の第１実施形態では、発光制御装置は、レーザ源アセンブリ、強度変調手段、および適切な場合にはスペクトル拡大手段を制御するように構成されてもよく、放射発光シーケンスにおいて、２つの光周波数のうちの第１光周波数が、第１放射光パルス内で、第２スペクトル幅、第２パルス期間、および第２パルス光パワー値を除いた第１スペクトル幅、第１パルス期間、および第１パルス光パワー値と排他的に関連付けられる。また、２つの光周波数のうちの第２光周波数は第１パルスから分離された第２放射光パルス内で、第１スペクトル幅、第１パルス期間、および第１パルス光パワー値を除いた、第２スペクトル幅、第２パルス期間、および第２パルス光パワー値と排他的に関連付けられる。

このような第１実施形態について、ＬＩＤＡＲシステムは、レーザ源アセンブリが第１光周波数の放射光を生成するように構成された第１レーザ発振器と、第２スペクトル幅を有する第２光周波数の放射光を生成するように構成された第２レーザ発振器とを備えるように構成されてもよい。次に、スペクトル拡大手段は、第１レーザ発振器によって生成された放射光の経路に配置され、かつ当該第１レーザ発振器によって生成された放射光に第１スペクトル幅を提供するように発光制御装置によって制御される位相変調器を備える。さらに、ＬＩＤＡＲシステムは位相変調器から生じる放射光または第２レーザ発振器によって生成される放射光のいずれかを、位相変調器から生じる放射光と第２レーザ発振器によって生成される放射光とによって共有され、かつ強度変調手段を備える発光光路下流部分に伝送するように、発光制御装置によって制御される光スイッチをさらに備える。

本発明の第１実施形態に関しても実施可能である別の構成によれば、レーザ源アセンブリは、第１光周波数の放射光を生成するように構成された第１レーザ発振器と、第２スペクトル幅を有する第２光周波数の放射光を生成するように構成された第２レーザ発振器とを備える。スペクトル拡大手段は、第１レーザ発振器によって生成された放射光の経路に配置され、当該第１レーザ発振器によって生成された放射光に第１スペクトル幅を提供するように発光制御装置によって制御される位相変調器を備える。しかし、この他の構成では、強度変調手段は、位相変調器から生じる放射光の経路に配置され、当該位相変調器から生じる放射光に対して効果を発揮するように発光制御装置によって制御される第１強度変調器と、第２レーザ発振器によって生成される放射光の経路に配置され、当該第２レーザ発振器によって生成される放射光に対して効果を発揮するように発光制御装置によって制御される第２強度変調器とを備える。次に、ＬＩＤＡＲシステムは、第１強度変調器および第２強度変調器から生じる放射光を、当該第１強度変調器および第２強度変調器から生じる放射光とによって共有される放射光路下流部分に送信するように構成された光カプラをさらに備える。

これら２つの構成の場合、発光光路下流部分は発光制御装置によって制御され、放射発光シーケンスについての本発明の特徴にしたがって、第１光パワー値および第２光パワー値を生成する光放射増幅器、または光放射増幅チェーンを備えてもよい。

上記の第１実施形態の代替である本発明の第２実施形態では、発光制御装置は、放射発光シーケンスが、２つの光周波数のうちの第１光周波数または第２光周波数のいずれかにスペクトル状に位置する一連の放射光パルスを備え、すべての放射光パルスは、第１光周波数についても第２光周波数についても、放射発光が第１スペクトル幅および第１光パワー値を有する第１期間と、放射発光が第２スペクトル幅および第２光パワー値を有する第２期間と、を備えた同一のエンベロープ形状を有し、第１期間は、第２期間より短く、かつ各放射光パルスにおいて、この第２期間の前または後ろにあるように、レーザ源アセンブリ、スペクトル拡大手段、および強度変調手段を制御するように構成される。

本発明に関して概して、ＬＩＤＡＲシステムは、光ファイバ技術を実装してもよい。

また、本発明に関して概して、ＬＩＤＡＲシステムは、当該ＬＩＤＡＲシステムによって測定領域に向けて発光される放射光が、第１時間間隔または第２時間間隔中に発光されるときに、直交偏光、特に逆向きの円偏光を有するように構成された偏光手段を含んでもよい。この場合、検出経路は、第１スペクトル幅と組み合わされた第１光周波数を含む第１スペクトル間隔において感度が高い第１検出器、または第２スペクトル幅に組み合わされた第２光周波数を含む第２スペクトル間隔において感度が高い第２検出器のいずれかに、後方散乱放射の偏光に応じて、後方散乱放射を伝送するように構成された偏光ビームスプリッタを備えてもよい。おそらく、２つの検出器の共通の感度スペクトル間隔が第１スペクトル幅と組み合わされた第１光周波数と、第２スペクトル幅と組み合わされた第２光周波数の両方を含む場合、２つの検出器は同一であってもよい。

本発明の第２態様は、標的方向に存在する化学化合物の量を測定するための方法を、以下のように提供する。本発明の第１態様によるＬＩＤＡＲシステムは、化学化合物が第２光周波数よりも第１光周波数において低い吸収能力値を有するように選択される。当該選択されたＬＩＤＡＲシステムは、化学化合物を含む可能性のある測定領域に向けて放射発光シーケンスにしたがって放射光を発光するように標的方向に向けられ、ＬＩＤＡＲシステムの動作が誘発される。測定領域の背景に存在する障害物からの離隔距離は、第１光周波数に関連しかつ第１時間間隔の間の発光に相当する後方散乱放射に基づいて推定される。ＬＩＤＡＲシステムと背景障害物との間のパルスの経路にわたって統合された、測定領域に含まれる化学化合物の量は、放射発光シーケンスにおける第１時間間隔および第２時間間隔にそれぞれ対応する、第１光周波数および第２光周波数における後方散乱放射に別個に関連する輝度値に基づいて推定され、これらの後方散乱放射光はＬＩＤＡＲシステムの検出経路によって検出される。

好ましくは、測定領域の背景に存在する障害物からの離隔距離は、第１光周波数に関連する後方散乱放射に関して測定される経過時間に基づいて推定されてもよい。この場合、第１光周波数に関連する後方散乱放射に基づいて推定される、当該離隔距離は、測定領域内に含まれるパルスの経路にわたって統合された化学化合物の量を推定するために使用することができる。当該パルスの経路は、第１光周波数および第２光周波数において検出される後方散乱放射に別個に関連し、第１時間間隔および第２時間間隔の間の発光にそれぞれ対応する強度値と組み合わされる。

本発明の測定法に関連する化学化合物は、二酸化炭素（ＣＯ_２）、メタン（ＣＨ_４）、亜酸化窒素（Ｎ_２Ｏ）、および水（Ｈ_２Ｏ）のいずれかであってよい。

最後に、本発明を実施するための異なる条件として、想定されうるものを列挙する。第１の実施条件に関して、ＬＩＤＡＲシステムは、地表に設置され、当該ＬＩＤＡＲシステムと障害物との間に存在する化学化合物の量を測定するように向けられてもよい。第２の実施条件に関して、ＬＩＤＡＲシステムは飛行中の航空機に搭載され、地理的領域の地表からＬＩＤＡＲシステムまでの離隔距離を測定し、ＬＩＤＡＲシステムと地理的領域内の地表との間に存在する化学化合物の量を測定するために、地理的領域に向けられてもよい。そして、第３の実施条件に関して、ＬＩＤＡＲシステムは、地理的領域の地表からＬＩＤＡＲシステムまでの離隔距離を測定し、ＬＩＤＡＲシステムと地理的領域の地表との間に存在する化学化合物の量を測定するために、地球の周囲の軌道上にありかつ前記地表の前記地理的領域に向けられた衛星に搭載されてもよい。

第２の実施条件および第３の実施条件に関しては、ＬＩＤＡＲシステムが方向づけられる地理的領域内の地表が、測定領域の背景に存在する障害物としての役割を果たす。

［図面の簡単な説明］
本発明の特徴および利点は、一部の非限定的な実施形態の以下の詳細な説明において、添付の図面を参照することによって、より明確に明らかになるであろう。

［図１ａ］は、本発明の実施可能な第１実施形態で実施される第１放射発光シーケンスのスペクトル変動を示す。

［図１ｂ］は、［図１ａ］の第１放射発光シーケンスに対する放射光パワー変動を示す。

［図２ａ］は、本発明の実施可能な第２実施形態で実施される第２放射発光シーケンスのスペクトル変動を示す。

［図２ｂ］は、［図２ａ］の第２放射発光シーケンスに対する放射光パワー変動を示す。

［図３ａ］は、［図１ａ］および［図１ｂ］の第１放射発光シーケンスを生成するように構成されている、本発明に係るＬＩＤＡＲシステムの発光経路のブロック図である。

［図３ｂ］は、同様に［図１ａ］および［図１ｂ］の第１放射発光シーケンスを生成するための構成、本発明に係る別のＬＩＤＡＲシステムに関する［図３ａ］のシステムと比較した、発光経路の第１変形例のブロック図である。

［図３ｃ］は、同様に［図１ａ］および［図１ｂ］の第１放射発光シーケンスを生成するための、本発明に係るさらに別のＬＩＤＡＲシステムについての［図３ａ］のシステムと比較した、発光経路の第２変形例のブロック図である。

［図３ｄ］は、同様に［図１ａ］および［図１ｂ］の第１放射発光シーケンスを生成するための、本発明に係るさらに別のＬＩＤＡＲシステムについての、［図３ａ］のシステムと比較した、発光経路の第３変形例のブロック図である。

［図３ｅ］は、同様に［図１ａ］および［図１ｂ］の第１放射発光シーケンスを生成するための、本発明に係るさらに別のＬＩＤＡＲシステムについての、［図３ａ］のシステムと比較した、発光経路の第４変形例のブロック図である。

［図４ａ］は、同様に［図１ａ］および［図１ｂ］の第１放射発光シーケンスを生成するように構成されている、本発明に係るさらに別のＬＩＤＡＲシステムの発光経路のブロック図である。

［図４ｂ］は、同様に［図１ａ］および［図１ｂ］の第１放射発光シーケンスを生成するように構成されている、本発明に係るさらに別のＬＩＤＡＲシステムについて、［図４ａ］のシステムと比較した発光経路の変形例のブロック図である。

［図５ａ］は、同様に［図２ａ］および［図２ｂ］の第２放射発光シーケンスを生成するように構成されている、本発明に係るさらに別のＬＩＤＡＲシステムの発光経路のブロック図である。

［図５ｂ］は、同様に［図２ａ］および［図２ｂ］の第２放射発光シーケンスを生成するように構成されている、本発明に係るさらに別のＬＩＤＡＲシステムについて、［図５ａ］のシステムと比較した発光経路の変形例のブロック図である。

［図６ａ］は、本発明に係るＬＩＤＡＲシステムの検出経路のブロック図である。

［図６ｂ］は、［図６ａ］のシステムと比較した検出経路の変形例のブロック図である。

［図６ｃ］は、［図６ａ］のシステムと比較した検出経路の別の変形例のブロック図である。

［図６ｄ］は、［図６ａ］のシステムと比較した検出経路のさらに別の変形例のブロック図である。

［発明を実施するための形態］
分かりやすくするために、［図１ａ］、［図１ｂ］、［図２ａ］、および［図２ｂ］で表される部材の寸法は、実際の寸法にも、実際の寸法比にも対応していない。加えて、全ての部材は図面において記号的に表されているに過ぎず、異なる図面に示される同一の参照符号は、同一の部材または同一の機能を有する部材を示す。

［図１ａ］、［図１ｂ］、［図２ａ］、および［図２ｂ］の図では、ｘ軸は、ν_１で示される第１光周波数の周り、またはν_２で示される第２光周波数の周りのいずれかにスペクトル状に位置する放射光パルスから構成される放射発光シーケンスの間の、ｔで示される時刻を識別する。これらの放射発光シーケンスの間の第１時間間隔の期間と２回間隔の期間とは、それぞれΔｔ_１とΔｔ_２とで表される。［図１ａ］および［図２ａ］では、ｙ軸は、当該発光シーケンスの各時刻についてのνで示される光周波数の値を示し、［図２ａ］および［図２ｂ］では、ｙ軸は、Ｐで示される放射光の瞬間放射強度を示す。概して、符号１で示される放射光パルスは、光周波数ν_１の周りにスペクトル状に位置し、すべて互いに同一であると想定される。同様に、符号２で示される放射光パルスは、光周波数ν_２の周りにスペクトル状に配置され、全て互いに同一であると想定される。本発明を、２つの異なる光周波数間の化学化合物の微分吸収の測定に適用するために、全ての放射光パルス１および２は、測定されるべき量の化学化合物を含む可能性が高い測定領域の方向に放射される。光周波数ν_１は、化学化合物の吸収帯域外で選択されるように意図され、光周波数ν_２は、この化学化合物の吸収帯域の１つの範囲内で選択されるように意図される。当該化学化合物が二酸化炭素であるケースでは、光周波数ν_１は、１５７２．２ｎｍに等しい波長値λ_１に相当する１９０．８１ＴＨｚに等しくなるように選択されてもよく、光周波数ν_２は、１５７２．０２ｎｍに等しい波長値λ_２に相当する１９０．８４ＴＨｚに等しくなるように選択されてもよい。

［図１ａ］および［図１ｂ］は、本発明に関して実施可能である、同一の第１放射発光シーケンスに関する。このような第１放射発光シーケンスにおいて、全ての放射光パルス１は、スペクトル幅Δν_１と発光ピークパワーＰ_１との第１共通値と、Δｔ_１に等しいパルス期間とを有する。同様に、当該同一の発光シーケンスの放射光パルス２のすべては、スペクトル幅Δν_２と発光ピークパワーＰ_２との第２共通値と、Δｔ_２に等しいパルス期間とを有する。発光ピークパワー値Ｐ_１およびＰ_２は、本発明に係るＬＩＤＡＲシステムによって放射される放射光に相当し、当該放射光は、とくにＬＩＤＡＲシステム内の最終光学増幅後に測定領域の方向のＬＩＤＡＲシステムから出ていく。当該第１放射発光シーケンスの場合、個々の期間Δｔ_１のパルス１は、本明細書の概要欄で紹介された第１時間間隔に対応し、個々の期間Δｔ_２のパルス２は、第２時間間隔に対応する。パルス２と比較してパルス１に対するスペクトル拡大が大きいために、すなわちΔν_１＞Δν_２であるおかげで、発光ピークパワー値Ｐ_１は、ＬＩＤＡＲシステムの光ファイバにおいて生じる、Ｐ_ＳＢＳで表される誘導ブリルアン散乱による電力限界よりも大きくてよく、それに対して発光ピークパワー値Ｐ_２は、当該同一の電力限界Ｐ_ＳＢＳよりも小さくてもよい。

［図２ａ］および［図２ｂ］は、同様に本発明に関して実施可能である、同一の第２放射発光シーケンスに関する。このような第２発光シーケンスでは、測定量の化学化合物を含む可能性が高い測定領域に向かって発光されるすべての放射光パルス１および放射光パルス２が、それぞれのパルスの光周波数で転置される同一のエンベロープ形状を有し、パルス１を表すν_１と、パルス２を表すν_２とが、交互に現れる。当該エンベロープ形状は、パルス１とパルス２とのそれぞれの内部に、パルス１またはパルス２の放射光がスペクトル幅値Δν_１および発光ピークパワー値Ｐ_１を有する期間Δｔ_１の第１時間間隔間隔と、パルス１またはパルス２の放射光がスペクトル幅値Δν_２および発光ピークパワー値Ｐ_２を有する期間Δｔ_２の第２時間間隔とを含む。スペクトル幅および発光ピークパワーに対する独自の関連値を有する、第１時間間隔および第２時間間隔の間の時系列順序は、各パルス内で反転されてもよく、第１時間間隔および第２時間間隔は、各パルス内の中間エンベロープパターン形状によって分離されてもよい可能性もある。上記のように、誘導ブルユアン散乱効果に関連するパワー制限Ｐ_ＳＢＳは、発光ピークパワー値Ｐ_１より小さく、発光ピークパワー値Ｐ_２より大きくてよい。

第１発光シーケンス（［図１ａ］および［図１ｂ］）と第２発光シーケンス（［図２ａ］および［図２ｂ］）とに関しては、期間Δｔ_１中の光周波数ν_１における放射発光を使用して、背景障害物からの離隔距離を決定する。第２発光放出シーケンスでは、スペクトル幅値Δν_２および発光ピークパワー値Ｐ_２を有する期間Δｔ_２に対応するパルス１の部分が、背景障害物からの離隔距離を推定するために使用することができない可能性がある。しかしながら、スペクトル幅値Δν_１および発光ピークパワー値Ｐ_１を有する期間Δｔ_１に対応するパルス２の部分は、背景障害物からの離隔距離を決定するために、期間Δｔ_１に対応するパルス１の部分に加えて、任意に使用され得る。

それぞれ光周波数ν_１または光周波数ν_２の周りのパルス１またはパルス２がスペクトル状に広く、遠隔測定を実行することを可能にする光パワーの急激な上昇力を示し、続いて、遅く、かつスペクトル状に狭く、微分吸収測定に適した光パワーの低減を示す可能性があるという点において、第２パルスシーケンスを一般化することができる。

これら２つの放射発光シーケンスに関して、それぞれ第１のシーケンスは［図１ａ］および［図１ｂ］に従い、第２のシーケンスは［図２ａ］および［図２ｂ］に従い、以下の数値を非限定的な実施例として示す：
パルス繰返し周波数は、１ｋＨｚ（キロヘルツ）と５０ｋＨｚとの間であってよく、
Δｔ_１は、５０ｎｓと１００ｎｓとの間であってよく、
Δｔ_２は、０．５μｓと５μｓとの間であってよく、
Δν_１は、５００ＭＨｚと１０００ＭＨｚとの間であってよく、
Δν_２は、５０ＭＨｚと１００ＭＨｚとの間であってよく、
Ｐ_１は、２００Ｗより大きくてよく、
Ｐ_２は５０Ｗより大きくてよい。

したがって、第１時間間隔の期間Δｔ_１は、第２時間間隔の期間Δｔ_２よりも短くてよい。さらに、第１スペクトル幅値Δν_１は、第２スペクトル幅値Δν_２よりも大きくてよく、第１発光ピークパワー値Ｐ_１は、第２発光ピークパワー値Ｐ_２よりも大きくてよい。次に、増幅される第１スペクトル幅値Δν_１のおかげで、値Ｐ_１は、値Ｐ_２が分配されるよりも広い発光スペクトル間隔に分配される。このため、値Ｐ_１は、ＬＩＤＡＲシステムを作成するために使用される光ファイバに対応する誘導ブルユアン散乱閾値Ｐ_ＳＢＳよりも大きくてよい。好ましくは、値Ｐ_２は、個々の期間Δｔ_２の第２時間間隔中に放出される放射光の生産におけるエネルギー効率の低下を制限するために、当該誘導ブルユアン散乱閾値以下になるように選択してよい。

本発明に係るいくつかのＬＩＤＡＲシステム構造がここで説明され、それらは上述のような放射光シーケンスを放出するように設計される。これらの構造の説明はそれらの主要部品の編成に限定され、当業者は商業的に利用可能な、そのような部品を認識しており、それらを難なく、または進歩性を全く必要とせずに、説明された構造に組み合わせる方法を知るであろうことを理解されたい。さらに、これらの構造で使用されるが、本発明の原理に直接関連せず、一般的に使用される追加の部品は、明確性の担保のために記載されていないことを理解されたい。使用される光学部品、電気光学部品、および相互接続部品の製造のためには、以下に説明するこれら全てのＬＩＤＡＲシステム構造を、光ファイバ技術、または光集積回路技術を用いて実施することが有利である。発光経路構造を示す図において、参照番号５０は、ＣＴＲＬで示され、所望の特性を有する放射発光シーケンスを生成するために発光経路の部品に接続された、発光制御装置を示す。当該発光制御装置５０によって実施される制御モードは、一旦、生成される放射発光シーケンスが当業者に提供されると、当業者の能力の範疇になる。

［図３ａ］は、［図１ａ］および［図１ｂ］にしたがって放射発光シーケンスを生成するように設計された、本発明に係るＬＩＤＡＲシステムのための、第１の実施可能な発光経路構造を示す。符号１０は、一般にレーザ発振器と呼ばれるレーザ源を示し、当該レーザ源は、光周波数ν_１の連続的なレーザビームを生成可能である。それは例えば、レーザダイオードまたはファイバレーザであってもよい。レーザ源１０によって生成されたレーザビームは、ＭＯＤ．ＰＨＡＳＥと表記されている位相変調器１１を通るように放出され、当該レーザビームにスペクトル幅Δν_１が与えられる。この場合、これは、レーザ源の外部での位相変調である。位相変調器１１は、例えば電気光学変調器であってもよい。疑似ランダム２進法シーケンス（Ｐｓｅｕｄｏ－Ｒａｎｄｏｍ Ｂｉｎａｒｙ Ｓｅｑｕｅｎｃｅ）の頭字語ＰＲＢＳで通常知られている２進信号のランダム発生器、または任意波形発生器（Ａｒｂｉｔｒａｒｙ Ｗａｖｅｆｏｒｍ Ｇｅｎｅｒａｔｏｒ）の頭字語ＡＷＧで知られている任意波形の無線周波数ノイズ発生器を、位相変調器１１の電気制御入力部に接続してもよい。位相変調器１１のこれらの代替制御モードの間で使用されるモードは、参照１１ｃによって指定され、ＧＥＮＥＲＡＴＯＲと表記される。ＰＲＢＳ発生器を使用する場合、それは、ランダムまたは擬似ランダムシーケンスにおいて、－πまたはπに等しい位相ジャンプを生成する。次に位相変調器１１の出力部は、そのようなスペクトル拡大方法が、位相変調器１１から直接発生する放射のスペクトル中に生成することができる第２のローブを削除するために、光アポダイゼーションフィルタ（図示せず）に有利に取り付けられる。ＡＷＧ発生器を使用する場合、発生器は、連続する傾斜間で勾配がランダムに可変である傾斜の連続のような、種々の波形を生成するようにプログラムされてよい。あるいは、正弦波であるか、または幾つかの正弦波成分の線形結合である電気制御信号を生成するようにプログラムされてよい。あるいは、位相変調器１１を対象とする電気制御信号の他の形態を使用してもよく、当業者は、位相変調器１１を出る放射光にスペクトル幅Δν_１を有する所望のスペクトルエンベロープ波形を提供するために、そのような電気制御信号の特性をどのように選択すべきかを理解していることを理解されたい。発生器１１ｃは、パルス１を生成するために発光制御装置５０によって選択的に活性化されてもよいし、連続的に活性化されてもよい。符号番号２０は、別のレーザ源、すなわち別のレーザ発振器を示し、このレーザ発振器は、スペクトル幅Δν_２を直接的に有する光周波数ν_２を有する別の連続的なレーザビームを生成することが可能である。例えば、レーザ源２０は、ファイバレーザ型であってもよい。実際、本発明のスペクトル幅Δν_２は低く、直接的に、または本質的に、レーザ源２０によって、すなわち、当該スペクトル幅値を生成するために特に専用の追加の部品を使用することなく、供給することができる。２つのレーザ源１０および２０は、本明細書において全般的に示されるように、レーザ源アセンブリを構成する。次いで、位相変調器１１およびレーザ源２０からそれぞれ発生する２つの放射光が、ＣＯＭＭＵＴＡＴＯＲと表記される光スイッチ３０の２つの入力部に注入される。これは、第１時間間隔および／または第２時間間隔中に、光周波数ν_１の放射光パルスと、光周波数ν_２の放射光パルスとの間を行き来する所望の順序にしたがって、その２つの入力部の一方または他方において受け取られた放射光を出力するように、発光制御装置５０によって制御される２×１光スイッチであってもよい。あるいは光スイッチ３０は、例えば５０／５０強度比を有しかつ選択的に定偏波を有する光ファイバＹカプラに置き換えられてもよく、または例えば偏光ビームスプリッタキューブ型の偏光カプラに置き換えられてもよい。そして、光スイッチ３０から出力される放射光は、ＭＯＤ．ＩＮＴ．と表記される強度変調器３１に導入され、発光制御装置５０によって制御される。この導入および制御は、最終的に測定領域に向かって放出される放射光が、光周波数が値ν_１により近い第１時間間隔の期間Δｔ_１には瞬間パワー値Ｐ_１を有し、周波数が値ν_２により近い第２時間間隔の期間Δｔ_２には瞬間パワー値Ｐ_２を有するようにするために、行われる。強度変調器３１は、電気光学型、電気音響型、または半導体光増幅器型であってもよい。知られているように、このような強度変調器は内部制御装置を組み込んでもよく、または、当該強度変調器と発光制御装置５０との間に挿入される外部制御装置に関連付けてもよい。次に、強度変調器３１から生じる放射光は、発光光パワー値Ｐ_１およびＰ_２を実際に生成するために、ＡＭＰＬ．と表記される光増幅アセンブリ３２、または光増幅チェーン３２に伝送される。最後に、光増幅アセンブリ３２から生じる放射光は、ＯＰＴと表記されるＬＩＤＡＲシステムの発光経路の出力光学部品３３によって、測定領域に伝送される。

［図３ａ］の発光経路アーキテクチャに適用される、以下の等価原理の少なくとも１つをそれぞれ使用して、［図３ａ］の代替アーキテクチャから、ＬＩＤＡＲシステムのいくつかの代替アーキテクチャを導出することができる：
レーザ源１０が、スペクトル幅値Δν_２に対応する［図３ａ］のレーザ源２０のような、スペクトル幅値Δν_１を有する光周波数ν_１でレーザビームを直接的に生成することが可能な型である場合、レーザ源２０に対して行われるのと同様に、レーザ源１０から生成されるレーザビームが光スイッチ３０に直接送信されることが可能になるように、位相変調器１１を省略してもよい。このようにして、［図３ｂ］の構成が得られる；
レーザ源１０が波長可変型である場合、光周波数ν_１の周りに放出される放射光にスペクトル幅Δν_１を与えるために使用される電気制御信号は、波長可変レーザ源１０の制御入力部に直接的に印加されてよい。所望のスペクトル幅を得るこのようなモードは、［図３ａ］に示されるレーザ源の外部にある位相変調器の使用とは逆に、内部位相変調と呼ばれることがある。内部変調レーザ源は、例えば、獲得領域に注入される電流を低変調振幅によって変調することができるレーザダイオードか、または、位相、格子、もしくは半導体光増幅領域に対して注入を変調することができる分散ブラッグリフレクタダイオード、通称ＤＢＲダイオードである。加えて、または代わりに、所望のスペクトル幅を得るこの方法はレーザ源に内在する方法で、レーザ源２０に適用してもよく、後者が調整可能型の場合、スペクトル幅Δν_２を得る。このようにして、［図３ｃ］の構成が得られ、ここで、参照１１ｃおよび２１ｃは、波長可変レーザ源１０および波長可変レーザ源２０のそれぞれの制御入力部に接続された変調信号発生器を示す；
２つの別個の外部位相変調器を同時に使用してよく、一方は、［図３ａ］の場合のように、光周波数ν_１において放出される放射光にスペクトル幅Δν_１を与えるためにレーザ源１０と光スイッチ３０との間で使用され、他方は、光周波数ν_２において放出される放射光にスペクトル幅Δν_２を与えるためにレーザ源２０と光スイッチ３０との間で使用される。このようにして、［図３ｄ］の構成が得られ、ここで、参照１１および２１は、それぞれレーザ源１０および２０に関連する２つの外部位相変調器を示し、参照１１ｃおよび２１ｃは、これらの位相変調器１１および２１のそれぞれの制御入力部に接続される位相変調信号発生器を示す；
単一位相変調器は、レーザ源１０およびレーザ源２０によって光周波数ν_１およびν_２において別個に生成される２つの放射光に対して効果的に使用することができる。この場合、２つのレーザ源１０および２０からのレーザビームは、光スイッチ３０の入力部に直接伝送され、単一位相変調器は、光スイッチ３０の出力部と強度変調器３１の入力部との間に位置する。次いで、この単一位相変調器は、前述の方法のうちの１つで制御されて、光スイッチ３０が光周波数ν_１を有する放射光を送信する第１時間間隔中にスペクトル幅Δν_１を生成し、光スイッチ３０が光周波数ν_２を有する放射を送信する第２時間間隔中にスペクトル幅Δν_２を生成することができる。このようにして、［図３ｅ］の構成が得られ、ここで、参照３４は、光周波数ν_１およびν_２の２つの放射光に共通の外部位相変調器を示し、参照符号３４ｃは、この位相変調器３４の制御入力部に接続された位相変調信号発生器を示す。

［図４ａ］の実施形態は、［図３ａ］の実施形態から、光周波数ν_１およびν_２の周りに位置する放射光の強さを、当該放射光を生成するための別個の経路の結合の上流において変調することによって得ることができる。光周波数ν_１の周辺に位置する放射光発生経路は、［図３ａ］のものと同一であるが、強度変調器１２が追加されている。同様に、光周波数ν_２の周辺に位置する放射発生経路は、［図３ａ］のものと同一であるが、強度変調器２２が追加されている。２つの強度変調器１２および２２は、発生器１１ｃによって生成された変調信号と時間的に相関する方法で、発光制御装置５０によって制御することができる。特に、それらは、個別の期間Δｔ_１の第１時間間隔、および個別の期間Δｔ_２の第２時間間隔を所望の繰り返し頻度に制限する伝送時間ウィンドウを、生成する。このような実施形態では、２つの光周波数ν_１およびν_２の周辺に位置する別個の放射光発生経路は、２つの光周波数によって共有されかつ光増幅アセンブリ３２を構成する放射光経路の下流部分の方向において、カプラ３５を使用して結合することができる。カプラ３５は、従来のＹカプラであってもよい。あるいは、個別の期間Δｔ_１の、第１時間間隔の間に送信される放射光に、特定の偏光を付与することができ、かつ個別の期間Δｔ_２の、第２時間間隔の間に送信される放射光に、直交偏光を付与することができる、偏光カプラであってもよい。例えば、個々の期間Δｔ_１の第１時間間隔の間に送信される放射光に、偏光カプラ３５によって固定方向に並行する直線偏光を付与することができ、個別の期間Δｔ_２の第２時間間隔の間に送信される放射光に、固定方向に垂直な直線偏光を偏光カプラ３５によって付与することができる。

［図４ｂ］の実施形態は、［図４ａ］の実施形態と同じ方法で得ることができるが、［図３ａ］の実施形態の代わりに［図３ｄ］の実施形態に基づいている。同じ手法を適用することによって、当業者は、例えば、２つの光周波数ν_１およびν_２の周辺に位置する放射光に別個に特化した２つの強度変調器を用いて、［図３ｂ］、［図３ｃ］、［図３ｅ］の単一強度変調器を置き換えることによって、さらに他の想定されうる実施形態を導出することができるだろう。

［図３ａ］～［図３ｅ］および［図４ａ］～［図４ｂ］の全ての実施形態は、［図１ａ］および［図１ｂ］に応じた放射発光シーケンスを生成するのに適している。

［図３ａ］－［図３ｅ］および［図４ａ］－［図４ｂ］の実施形態とは異なり、［図５ａ］および［図５ｂ］の実施形態では、期間Δｔ_１および期間Δｔ_２の間隔の間に、所望のスペクトル幅Δν_１およびスペクトル幅Δν_２を別個に得るために使用される位相変調が、２つの光周波数ν_１および光周波数ν_２において共有される。この場合、単一位相変調器を使用することができ、当該単一位相変調器は、光スイッチまたは光カプラの下流に配置され、当該光カプラは、放射光経路の共有下流部分において、２つのレーザ源１０および２０から別個に到来するビームを、共にグループ化する。したがって、ＬＩＤＡＲシステムのコスト削減を達成することができる。

［図５ａ］および［図５ｂ］のこれらの実施形態は、［図２ａ］および［図２ｂ］に応じた放射発光シーケンスを生成するのに適している。

［図５ａ］の実施形態において、位相変調および強度変調は共に、レーザ源１０およびから別個に生成される放射光の光路の結合箇所の下流で行われる。当該光路の結合は、スイッチ３０によって実行され、位相変調器３４によって位相変調が生成され、強度変調器３１によって強度変調が生成される。位相変調信号発生器３４ｃはまた、ＰＲＢＳ発生器、ＲＦノイズ発生器、またはＡＷＧ発生器のいずれかの型としてもよい。スイッチ３０、位相変調信号発生器３４ｃ、および強度変調器３１は、発光制御装置５０により全て同期制御することができる。

［図５ｂ］の実施形態では、レーザ源１０および２０から別個に生じる放射光は、参照１２および２２で示される２つの別個の変調器を使用して強度変調される。そこから放出される強度変調放射光は、発光経路の共有下流部分にあるカプラ３５によって導入されてもよい。カプラ３５はやはり、上に示されているように、Ｙカプラまたは偏光カプラであってもよい。次いで、発光経路の下流部分は、位相変調器３４、光増幅アセンブリ３２、および出力光学部品３３を含む。

［図６ａ］は、本発明に係るＬＩＤＡＲシステムにおいて使用できる第１検出経路アーキテクチャを示す。参照４０は、検出経路のＯＰＴ．と表記される入力光学部品を示す。それらの機能は、ＬＩＤＡＲシステムによって生成される放射発光シーケンスに対応する後方散乱放射光の一部を収集することである。こうして集められた放射光の部分は、ＤＥＴＥＣＴ.ＯＰＴ．と表記される光センサ４３上に向けられる。光センサ４３は、電気検出信号を生成し、当該電気検出信号の強度は、検出される放射光の一部のパワーの関数である。光センサ４３は、直接検出モードまたはコヒーレント検出モードで実施してもよい。直接検出を行う光センサは、例えばトランスインピーダンス増幅器に関連するフォトダイオードで構成してもよい。ヘテロダイン検出とも呼ばれるコヒーレント検出を行う光センサは、入力光学部品４０によって収集された後方散乱放射光と、レーザ源アセンブリによって生成された放射光の一部とを混合することを必要とする。光センサ４３の電気的出力は、ＡＮＡＬＹＳ．と表記される解析チェーン５１２の入力部に接続されている。解析チェーン５１２は、各電気信号がパルス１または２に対応するか否かに関わらず、センサ４３によって供給される電気信号を処理する。

［図６ｂ］は、放射光パルス１および放射光パルス２に対して別個に特化した２つの別個の解析チェーンを使用する第２検出経路アーキテクチャを示す。ＣＯＭＭ．ＥＬＥＣと表記される電気スイッチ４４は、次に、放射発光シーケンス中の第１時間間隔または第２時間間隔に別個に対応する検出電気信号に基づいて、検出電気信号を、ＡＮＡＬＹＳ．１およびＡＮＡＬＹＳ．２と表記される２つの別個の解析チェーン５１および５２に送る。この目的のために、電気スイッチ４４の動作の同期を、発光制御装置５０によって制御することができる。したがって、解析チェーン５１は、個別の期間Δｔ_１の第１時間間隔に特化し、量が決定されるべき化学化合物のスペクトル吸収帯外の測定領域の残留吸収を決定し、当該測定領域の背景に位置する障害物からの離隔距離を決定するように設計されてもよい。それとは独立して、解析チェーン５２は、個別の期間Δｔ_２の第２時間間隔に特化し、化学化合物のスペクトル吸収帯における測定領域の吸収を決定するように設計されてもよい。計算モジュール（図示せず）は、２つの解析チェーン５１および５２によって決定された吸収レベルおよび背景障害物からの離隔距離の関数として、化学化合物の量の評価を生成する。

［図６ｃ］は、第３の実施可能な検出経路アーキテクチャを示す。当該第３のアーキテクチャでは、ＤＥＴＥＣＴ．ＯＰＴ．１およびＤＥＴＥＣＴ．ＯＰＴ．２と表記される２つの光センサ４１および４２が、解析チェーン５１および解析チェーン５２に別個に送信される電気検出信号を、別個に生成する。当該第３のアーキテクチャの長所は、後方散乱放射光の関連部分のそれぞれの瞬間パワー値、すなわちセンサ５１用の個別の期間Δｔ_１の第１時間間隔のＰ_１およびセンサ５２用の個別の期間Δｔ_２の第２時間間隔のＰ_２、に別個に適合する異なった感度レベルの光センサ４１および光センサ４２を使用する可能性があることである。この場合、入力光学部品４０によって収集された後方散乱放射光は、光スイッチ４５によってセンサ４１またはセンサ４２に向けられる。当該光スイッチ４５の動作は、発光制御装置５０によって制御される。当該第３の検出経路アーキテクチャに関して、発光経路のカプラ３５は、５０／５０の比率を有するＹカプラ型であってよい。

検出経路を表す［図６ａ］～［図６ｃ］の３つのアーキテクチャは、それぞれ、［図３ａ］～［図３ｅ］、［図４ａ］～［図４ｂ］、および発光経路を表す［図５ａ］～［図５ｂ］の変形アーキテクチャと互換性がある。

最後に、［図６ｄ］は、第４の実施可能な検出経路アーキテクチャを示す。当該第４のアーキテクチャでは、［図６ｃ］の光スイッチ４５が、ＳＥＰ．ＰＯＬＡＲ．と表記される、放射光の直線偏光に基づく偏光ビームスプリッタ４６に置き換えられる。検出経路を表す当該第４のアーキテクチャは、上述したように、カプラ３５が偏光カプラ型である発光経路のための実施形態と互換性がある。

通常、光センサまたは検知経路に使用される少なくとも１つの光センサは、期間Δｔ_１中に放出される放射光に基づいて背景障害物からの離隔距離を推定することを十分可能にするために、短い反応時間を有する。

加えて、検出経路の各解析チェーンの出力部は、パルスの経路にわたって統合された計算ユニット（図示せず）に接続されてもよい。当該計算ユニットは、１つまたは２つの解析チェーンによって生成された信号に基づいて、背景障害物からの離隔距離の推定値と、測定領域内に存在する化学化合物の量の推定値とを供給するように構成される。そのような計算ユニットは、選択的に、ＬＩＤＡＲシステムに統合されてもよい。

上記で詳細に説明した実施形態の第２態様を変更しながら、しかし引用した利点の少なくとも一部を依然として保持するようにして、本発明を再現することできることを、理解されたい。特に、同等の機能を有する光学部品を、上述したもの代わりに使用してもよい。さらに、以下の修正は、当業者に利用可能な如何なる進歩性も無い代替物の実施例として言及される：
光周波数ν_１およびν_２のパルスを生成するために、１つの同じ光周波数スイッチングレーザ源を使用してもよい；
光周波数ν_１のパルスと光周波数ν_２のパルスに別個の光増幅器を使用してもよい；
放射発光シーケンスを生成するための光周波数ν_１のパルスと光周波数ν_２のパルスとのインターレースは、それぞれのパルスに位相変調および／または強度変調を適用する前または後に実行されてもよい；
放射発光シーケンスを生成するための光周波数ν_１のパルスと光周波数ν_２のパルスとのインターレースは、パルスの光増幅の前または後に実行されてもよい。

最後に、引用された全ての数値は、例示のためだけのものであり、量が決定される化学化合物に応じて変更されてもよい。

本発明の実施可能な第１実施形態で実施される第１放射発光シーケンスのスペクトル変動を示す図である。 ［図１ａ］の第１放射発光シーケンスに対する放射光パワー変動を示す図である。 本発明の実施可能な第２実施形態で実施される第２放射発光シーケンスのスペクトル変動を示す。 ［図２ａ］の第２放射発光シーケンスに対する放射光パワー変動を示す図である。 ［図１ａ］および［図１ｂ］の第１放射発光シーケンスを生成するように構成されている、本発明に係るＬＩＤＡＲシステムの発光経路のブロック図である。 同様に［図１ａ］および［図１ｂ］の第１放射発光シーケンスを生成するように構成されている、本発明に係る別のＬＩＤＡＲシステムに関する［図３ａ］のシステムと比較した、発光経路の第１変形例のブロック図である。 同様に［図１ａ］および［図１ｂ］の第１放射発光シーケンスを生成するための、本発明に係るさらに別のＬＩＤＡＲシステムについての［図３ａ］のシステムと比較した、発光経路の第２変形例のブロック図である。 同様に［図１ａ］および［図１ｂ］の第１放射発光シーケンスを生成するための、本発明に係るさらに別のＬＩＤＡＲシステムについての、［図３ａ］のシステムと比較した、発光経路の第３変形例のブロック図である。 同様に［図１ａ］および［図１ｂ］の第１放射発光シーケンスを生成するための、本発明に係るさらに別のＬＩＤＡＲシステムについての、［図３ａ］のシステムと比較した、発光経路の第４変形例のブロック図である。 同様に［図１ａ］および［図１ｂ］の第１放射発光シーケンスを生成するように構成されている、本発明に係るさらに別のＬＩＤＡＲシステムの発光経路のブロック図である。 同様に［図１ａ］および［図１ｂ］の第１放射発光シーケンスを生成するように構成されている、本発明に係るさらに別のＬＩＤＡＲシステムについて、［図４ａ］のシステムと比較した発光経路の変形例のブロック図である。 同様に［図２ａ］および［図２ｂ］の第２放射発光シーケンスを生成するように構成されている、本発明に係るさらに別のＬＩＤＡＲシステムの発光経路のブロック図である。 同様に［図２ａ］および［図２ｂ］の第２放射発光シーケンスを生成するように構成されている、本発明に係るさらに別のＬＩＤＡＲシステムについて、図５ａのシステムと比較した発光経路の変形例のブロック図である。 本発明に係るＬＩＤＡＲシステムの検出経路のブロック図である。 ［図６ａ］のシステムと比較した検出経路の変形例のブロック図である。 ［図６ａ］のシステムと比較した検出経路の別の変形例のブロック図である。 ［図６ａ］のシステムと比較した検出経路のさらに別の変形例のブロック図である。

Claims (13)

1. ２つの別個の光周波数（ν_１、ν_２）間の微分吸収測定と、吸収が発生する測定領域の背景に存在する障害物からの離隔距離の測定とを実行するように構成されたＬＩＤＡＲシステムであって、
   前記２つの光周波数（ν_１、ν_２）のいずれかで放射光を生成するのに適したレーザ源アセンブリと、
   パルス期間およびパルス光パワー値（Ｐ_１、Ｐ_２）を含むパルスエンベロープ形状を、各々の放射光に適用するように構成された強度変調手段と、
   前記強度変調手段を制御するように構成された発光制御装置（５０）と、を備え、
   前記ＬＩＤＡＲシステムは、前記ＬＩＤＡＲシステムの運用中に、微分吸収の測定および背景障害物からの離隔距離の測定が行われる目標方向において、放射発光シーケンスを発光するように構成されており、
   前記放射発光シーケンスは、
   第１スペクトル幅（Δν_１）、第１パルス期間（Δｔ_１）、および第１パルス光パワー値（Ｐ_１）を有し、かつ前記２つの光周波数のうちの第１光周波数（ν_１）において前記放射発光がスペクトル状に位置する第１時間間隔と、
   第２スペクトル幅（Δν_２）、第２パルス期間（Δｔ_２）、および第２パルス光パワー値（Ｐ_２）を有し、かつ前記２つの光周波数のうちの第２光周波数（ν_２）において前記放射発光がスペクトル状に位置する第２時間間隔と、を有し、
   前記第１スペクトル幅（Δν_１）および前記第２スペクトル幅（Δν_２）は、前記第１時間間隔中および前記第２時間間隔中の前記放射発光が、分離されたスペクトル間隔に対応するような幅であり、前記第１スペクトル幅は、前記第２スペクトル幅よりも大きく、
   前記第１パルス光パワー値（Ｐ_１）は、前記第２パルス光パワー値（Ｐ_２）よりも大きく、
   前記第１パルス期間（Δｔ_１）は、前記第２パルス期間（Δｔ_２）より短く、
   前記第１光周波数（ν_１）および前記第２光周波数（ν_２）に対応し、かつ前記第１時間間隔および前記第２時間間隔中の発光にそれぞれ対応する後方散乱放射光を、独立に検出し、加工し、かつ分析するように構成された検出経路をさらに備える、ＬＩＤＡＲシステム。
2. 前記レーザ源アセンブリ（１０、２０）によって生成される放射光のうちの少なくとも１つのスペクトル幅を修正するように配置されるスペクトル拡大手段をさらに備える、請求項１に記載のＬＩＤＡＲシステム。
3. 前記発光制御装置（５０）は、前記放射発光シーケンスにおいて、前記２つの光周波数のうちの前記第１光周波数（ν_１）が、第１放射光パルス（１）内で、前記第２スペクトル幅（Δν_２）、前記第２パルス期間（Δｔ_２）、および前記第２パルス光パワー値（Ｐ_２）を除いた前記第１スペクトル幅（Δν_１）、前記第１パルス期間（Δｔ_１）、および前記第１パルス光パワー値（Ｐ_１）と排他的に関連付けられ、かつ、前記２つの光周波数のうちの前記第２光周波数（ν_２）が、前記第１パルスから分離された第２放射光パルス（２）内で、前記第１スペクトル幅、前記第１パルス期間、および前記第１パルス光パワー値を除いた前記第２スペクトル幅、前記第２パルス期間、および前記第２パルス光パワー値と排他的に関連付けられるように、前記レーザ源アセンブリおよび前記強度変調手段を制御し、かつ前記スペクトル拡大手段を選択的に制御するように構成される、請求項１または２に記載のＬＩＤＡＲシステム。
4. 前記レーザ源アセンブリは、前記第１光周波数（ν_１）の放射光を生成するように構成された第１レーザ発振器（１０）と、前記第２スペクトル幅（Δν_２）を有する前記第２光周波数（ν_２）の放射光を生成するように構成された第２レーザ発振器（２０）とを備え、
   前記スペクトル拡大手段は、前記第１レーザ発振器（１０）によって生成された前記放射光の経路に配置され、かつ前記第１レーザ発振器によって生成された前記レーザ放射光に前記第１スペクトル幅（Δν_１）を提供するように前記発光制御装置（５０）によって制御される位相変調器（１１）を備え、
   前記位相変調器（１１）から生じる前記放射光または前記第２レーザ発振器（２０）によって生成される前記放射光のいずれかを、前記位相変調器から生じる前記放射光と前記第２レーザ発振器によって生成される前記放射光とによって共有され、かつ前記強度変調手段（３１）を備える発光光路下流部分に伝送するように、前記発光制御装置（５０）によって制御される光スイッチ（３０）をさらに備える、請求項２および３に記載のＬＩＤＡＲシステム。
5. 前記レーザ源アセンブリは、前記第１光周波数（ν_１）の前記放射光を生成するように構成された第１レーザ発振器（１０）と、前記第２スペクトル幅（Δν_２）を有する前記第２光周波数（ν_２）の前記放射光を生成するように構成された第２レーザ発振器（２０）とを備え、
   前記スペクトル拡大手段は、前記第１レーザ発振器（１０）によって生成された前記放射光の経路に配置され、かつ、前記第１レーザ発振器によって生成された前記放射光に前記第１スペクトル幅（Δν_１）を提供するように前記発光制御装置（５０）によって制御される位相変調器（１１）を備え、
   前記強度変調手段は、前記位相変調器（１１）から生じる前記放射光の経路に配置され、かつ、前記位相変調器から生じる前記放射光に対して効果を発揮するように前記発光制御装置（５０）によって制御される第１強度変調器（１２）と、前記第２レーザ発振器（２０）によって生成される前記放射光の経路に配置され、前記第２レーザ発振器によって生成される前記放射光に対して効果を発揮するように前記発光制御装置によって制御される第２強度変調器（２２）とを備え、
   前記第１強度変調器（１２）および前記第２強度変調器（２２）から生じる前記放射光を、前記第１強度変調器から生じる前記放射光と前記第２強度変調器から生じる前記放射光とによって共有される放射光路下流部分に送信するように構成された光カプラ（３５）をさらに備える、請求項２および３に記載のＬＩＤＡＲシステム。
6. 前記発光制御装置（５０）は、前記放射発光シーケンスが、前記２つの光周波数のうちの前記第１光周波数（ν_１）または前記第２光周波数（ν_２）のいずれかにスペクトル状に位置する一連の放射光パルスを備え、すべての放射光パルスは、前記第１光周波数についても前記第２光周波数についても、前記放射発光が前記第１スペクトル幅（Δν_１）および第１光パワー値（Ｐ_１）を有する第１期間（Δｔ_１）と、前記放射発光が前記第２スペクトル幅（Δν_２）および第２光パワー値（Ｐ_２）を有する第２期間（Δｔ_２）と、を備えた同一のエンベロープ形状を有し、前記第１期間は、前記第２期間より短く、かつ各放射光パルスにおいて前記第２期間の前または後ろにあるように、前記レーザ源アセンブリ、前記スペクトル拡大手段、および前記強度変調手段を制御するように構成される、請求項２に記載のＬＩＤＡＲシステム。
7. 光ファイバ技術を実装する、請求項１～６のいずれか１項に記載のＬＩＤＡＲシステム。
8. 前記ＬＩＤＡＲシステムによって前記測定領域に向けて発光される放射光が、前記第１時間間隔または前記第２時間間隔中に発光されるときに、直交偏光、特に逆向きの円偏光を有するように構成された偏光手段（３５）を備え、
   前記検出経路は、前記第１スペクトル幅（Δν_１）と組み合わされた前記第１光周波数（ν_１）を含む第１スペクトル間隔において感度が高い第１検出器（４１）、または前記第２スペクトル幅（Δν_２）と組み合わされた前記第２光周波数（ν_２）を含む第２スペクトル間隔において感度が高い第２検出器（４２）のいずれかに、前記後方散乱放射の偏光に応じて、前記後方散乱放射を伝送するように構成された偏光ビームスプリッタ（４６）を備える、請求項１～７のいずれか１項に記載のＬＩＤＡＲシステム。
9. 標的方向に存在する化学化合物の量を測定するための方法であって、
   前記化学化合物が前記第２光周波数（ν_２）よりも前記第１光周波数（ν_１）において低い吸収能力値を有するように、請求項１～８のいずれか１項に記載のＬＩＤＡＲシステムが選択され、
   前記ＬＩＤＡＲシステムは、前記化学化合物を含む可能性のある測定領域に向けて前記放射発光シーケンスにしたがって放射光を発光するように標的方向に向けられ、前記ＬＩＤＡＲシステムの動作が誘発され、
   前記測定領域の前記背景に存在する前記障害物からの前記離隔距離は、前記第１光周波数（ν_１）に関連しかつ前記第１時間間隔中の発光に相当する後方散乱放射に基づいて推定され、
   前記ＬＩＤＡＲシステムと背景障害物との間の前記パルスの経路にわたって統合された、測定領域に含まれる化学化合物の量は、前記放射発光シーケンスにおける前記第１時間間隔および前記第２時間間隔にそれぞれ対応する、前記第１光周波数（ν_１）および前記第２光周波数（ν_２）における後方散乱放射に別個に関連する強度値に基づいて推定され、前記後方散乱放射は前記ＬＩＤＡＲシステムの検知経路によって検出される、方法。
10. 前記測定領域の前記背景に存在する前記障害物からの前記離隔距離は、前記第１光周波数（ν_１）に関連する前記後方散乱放射に関して測定される経過時間に基づいて推定される、請求項９に記載の方法。
11. 前記第１光周波数（ν_１）に関連する前記後方散乱放射に基づいて推定される、前記測定領域の前記背景に存在する前記障害物からの前記離隔距離は、前記第１光周波数および前記第２光周波数（ν_２）において検出される前記後方散乱放射に別個関連し、かつ前記第１時間間隔中の前記発光および前記第２時間間隔中の前記発光にそれぞれ対応する強度値と組み合わされて、前記測定領域内に含まれる前記化学化合物の前記量を推定するために使用される、請求項１０に記載の方法。
12. 前記化学化合物は、二酸化炭素、メタン、亜酸化窒素、および水のいずれかである、請求項９～１１のいずれか１項に記載の方法。
13. 前記ＬＩＤＡＲシステムは、地表に設置され、前記ＬＩＤＡＲシステムと前記障害物との間に存在する前記化学化合物の量を測定するように向けられるか、
    または、前記ＬＩＤＡＲシステムは、飛行中の航空機に搭載され、地理的領域の地表から前記ＬＩＤＡＲシステムまでの前記離隔距離を測定し、前記ＬＩＤＡＲシステムと前記地理的領域内の前記地表との間に存在する前記化学化合物の前記量を測定するために、前記地表の前記地理的領域に向けられるか、
    または、前記ＬＩＤＡＲシステムは、地理的領域の地表から前記ＬＩＤＡＲシステムまでの前記離隔距離を測定し、前記ＬＩＤＡＲシステムと前記地理的領域の前記地表との間に存在する前記化学化合物の前記量を測定するために、地球の周囲の軌道上にありかつ前記地表の前記地理的領域に向けられた衛星に搭載される、請求項９～１２のいずれか１項に記載の方法。

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