Chinesisches Radar kann „eine Nadel im Heuhaufen finden“

In einem Artikel, der in der internationalen Zeitschrift Applied Optics veröffentlicht wurde, stellten chinesische Wissenschaftler eine Radartechnologie vor, die Objekte in großen Tiefen mit erstaunlicher Klarheit erkennen kann – so deutlich, als könne man „eine Nadel im Heuhaufen finden“.

Das von chinesischen Wissenschaftlern entwickelte Raman-Photonen-Lidar-System birgt großes Potenzial für die Früherkennung von Ölverschmutzungen und andere Unterwasseranwendungen. (Foto: Universität Xiamen)

Dementsprechend kündigte das Forschungsteam um außerordentlichen Professor Shangguan Mingjia an der Universität Xiamen (Provinz Fujian, China) das weltweit erste Einzelphotonen-Raman-Lidar-System an, das in einer Tiefe von 1.000 m unter dem Meeresspiegel betrieben werden kann.

Lidar ist die Abkürzung für „Light Detection and Ranging“ (Lichterkennung und -entfernung), eine Technologie, die Laser verwendet, um die Entfernung zu Objekten zu messen.

Der hochempfindliche Einzelphotonendetektor mit geringem Rauschen überwindet die erheblichen Herausforderungen von Ozean-Lidar-Systemen hinsichtlich Größe und Stromverbrauch und ist auch für schlechte Lichtverhältnisse geeignet.

Unterdessen hilft die Raman-Streuung – ein Phänomen, bei dem Laserlicht mit Materialien interagiert und Schwingungsänderungen verursacht – dabei, Substanzen wie Öl und gelöstes CO2 zu identifizieren.

Neben der Fähigkeit, Ölverschmutzungen frühzeitig zu erkennen, weist das System auch großes Potenzial bei der Erkennung und Identifizierung von Materialien in komplexen Wasserumgebungen auf und findet Anwendung bei der Meereserkundung und der Erkundung von Tiefseeressourcen.

Dem Dokument zufolge wurden die Experimente des Teams mit einem zylindrischen Radar durchgeführt, das 40 Zentimeter lang und 20 Zentimeter im Durchmesser war und weniger als 100 Watt Strom verbrauchte.

Den Forschern zufolge konnte das Radar mit einem 1-Mikrojoule-Laserpuls und einem 22,4-mm-Teleskop erfolgreich Ölverschmutzungen unter Wasser aus einer Entfernung von 12 Metern erkennen.

Laut Optica, einem Berufsverband in den USA, verfügt dieses System über erhebliches Anwendungspotenzial bei der Identifizierung von Unterwassermaterialien, der Korallenerkennung und der Manganknollenerkundung.

Darüber hinaus ist diese Technologie in der Lage, hochauflösende Laserbilder von kleinen Unterwasserzielen aufzunehmen, sodass sie in der Unterwasserarchäologie, der Strukturinspektion und in militärischen Bereichen wie der Aufklärung und der U-Boot-Erkennung eingesetzt werden kann.

In dem Artikel erklärte der Wissenschaftler Shangguan Mingjia, dass der nächste Plan des Teams die Entwicklung eines weiteren Unterwasser-Raman-Lidar-Systems sei, das Laser mit kürzerer Wellenlänge, etwa blaue Laser, verwende, um den Einfluss der Chlorophyllfluoreszenz von Meerespflanzen zu verringern.

Das Team von Herrn Shangguan hat sich in den vergangenen drei Jahren auf die Entwicklung der Unterwasser-Einzelphotonen-Lidar-Technologie konzentriert, verschiedene Lidar-Systeme entwickelt und 50 Erfindungspatente in China und ein Patent in den USA angemeldet.

Einem offiziellen Bericht der Universität Xiamen zufolge ist die Radartechnologie des Teams in der Lage, die optischen Eigenschaften von Wasser, die Konfiguration der Wasserpartikel, Blasen, die Wassertiefe, Ölverschmutzungen usw. zu erkennen.

„Derartige Radarsysteme wurden in das Forschungsschiff Jia Geng der Universität Xiamen, in autonome Unterwasserfahrzeuge (AUVs) und unbemannte Luftfahrzeuge (UAVs) integriert und spielen eine wichtige Rolle bei der Meeresvermessung, der Erkundung von Tiefseeressourcen, der Umweltüberwachung sowie der Abbildung und Identifizierung von Unterwasserzielen“, heißt es in dem Bericht.

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