致力于激光雷達(dá)遙感的創(chuàng)新研究
——記中科院“百人計(jì)劃”、四川省“千人計(jì)劃”入選者，中國科學(xué)院光電技術(shù)研究所研究員劉博

○文/畢少華

致力于激光雷達(dá)遙感的創(chuàng)新研究
——記中科院“百人計(jì)劃”、四川省“千人計(jì)劃”入選者，中國科學(xué)院光電技術(shù)研究所研究員劉博

○文/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(gè)幽默又形象的比喻，用專業(yè)的解釋，本文主角中國科學(xué)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(dá)遙感探測。這個(gè)研究方向是將傳統(tǒng)雷達(dá)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(qiáng)的抗干擾能力等多種相對于微波雷達(dá)技術(shù)更優(yōu)的性能，能夠?qū)μ綔y目標(biāo)進(jìn)行更精細(xì)、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(shí)了基礎(chǔ)以應(yīng)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(fèi)精力研究一件事：用光來探索未知，為此而經(jīng)歷的求學(xué)、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(fēng)景區(qū)兩項(xiàng)美譽(yù)兼有的武漢大學(xué)，完成知識的積累，畢業(yè)后進(jìn)入中國科學(xué)院安徽光學(xué)精密機(jī)械研究所，后應(yīng)邀赴美在與著名的黃石國家公園為鄰的大氣研究領(lǐng)域的名?！绹鴳讯砻鞔髮W(xué)繼續(xù)研究，目前就職于中國科學(xué)院光電技術(shù)研究所，畢業(yè)后一直從事激光雷達(dá)遙感研究。在游人與師生數(shù)量不相上下的武漢大學(xué)，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(xué)學(xué)士、碩士和空間物理博士學(xué)位的同時(shí)，為研究激光雷達(dá)探測技術(shù)打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。2005年，以優(yōu)異成績畢業(yè)的劉博來到位于蜀山湖畔科學(xué)島上的中國科學(xué)院安徽光學(xué)精密機(jī)械研究所。作為中國科學(xué)院基地型研究所，這里建設(shè)有以國家“863計(jì)劃”大氣光學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室為代表的多個(gè)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，大氣光學(xué)、激光技術(shù)是該所有特色、有優(yōu)勢的研究領(lǐng)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(yàn)。

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(xué)系進(jìn)行學(xué)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(xué)基金（NSF）支持的懷俄明大學(xué)King Air研究小組（UWKA）中唯一的一名激光雷達(dá)科學(xué)家，全面負(fù)責(zé)機(jī)載激光雷達(dá)相關(guān)的各項(xiàng)工作。由他擔(dān)任技術(shù)負(fù)責(zé)人研制的機(jī)載緊湊型拉曼激光雷達(dá)及四通道偏振機(jī)載激光雷達(dá)裝載于該系的King Air型飛機(jī)和美國國家大氣研究中心（NCAR）的C130型飛機(jī)上，成功的完成了一系列科學(xué)實(shí)驗(yàn)，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(xué)學(xué)報(bào)》、《中國激光》等多個(gè)國際、國內(nèi)權(quán)威學(xué)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(jìn)的科研環(huán)境，作為中科院“百人計(jì)劃”A類引進(jìn)人才加入中國科學(xué)院光電技術(shù)研究所，隨后入選四川省“千人計(jì)劃”人才項(xiàng)目。他希望個(gè)人的價(jià)值能夠最大限度的實(shí)現(xiàn)，而“用我所學(xué)為國家參與國際科技競爭盡一份力”是他認(rèn)為最好的選擇。

豐碩的科研成果

對激光雷達(dá)遙感探測的研究，劉博從攻讀博士學(xué)位時(shí)就已經(jīng)展開，多年來他在這一領(lǐng)域的研究實(shí)現(xiàn)了多項(xiàng)突破。

由他首次提出的利用激光垂準(zhǔn)儀來對大型接收望遠(yuǎn)鏡進(jìn)行調(diào)整的方法，實(shí)現(xiàn)了激光雷達(dá)光學(xué)系統(tǒng)的自動準(zhǔn)直調(diào)整功能，大大簡化了激光雷達(dá)光學(xué)系統(tǒng)的調(diào)整步驟，降低調(diào)整難度和工作量。相關(guān)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(jià)。作為學(xué)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(dá)。利用高精度波長計(jì)實(shí)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(shí)現(xiàn)了對中層頂鐵層的溫度探測，使我國成為世界第三個(gè)擁有此種探測設(shè)備的國家。

在中國科學(xué)院安徽光學(xué)精密機(jī)械研究所工作期間，劉博主持研制的氣溶膠探測激光雷達(dá)系統(tǒng)同時(shí)解決了激光雷達(dá)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(shí)現(xiàn)了激光雷達(dá)的無盲區(qū)探測，大大提高了激光雷達(dá)測量大氣氣溶膠光學(xué)厚度時(shí)的精度。結(jié)合他作為基金項(xiàng)目負(fù)責(zé)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(wù)，解決了白天強(qiáng)日光背景下對大氣中水汽含量的激光雷達(dá)探測這一難題，所研制的車載激光雷達(dá)達(dá)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(dá)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(dá)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(diǎn)，在美國懷俄明大學(xué)研究期間研制的機(jī)載激光雷達(dá)WCL與機(jī)載微波雷達(dá)WCR（95GHz）實(shí)現(xiàn)了同平臺搭載、同步探測，成為“世界上一個(gè)極富特色的研究小組”，取得了大量具有重要研究價(jià)值的探測數(shù)據(jù)。結(jié)合機(jī)載偏振激光雷達(dá)的研制，劉博在此期間還提出了新的偏振激光雷達(dá)標(biāo)定方法，首次實(shí)現(xiàn)了對發(fā)射光路系統(tǒng)退偏常數(shù)的標(biāo)定，同時(shí)極大地提高激光雷達(dá)退偏振度探測的精度。

踏上新的征程

選擇了新的起點(diǎn)，因?yàn)橛行碌哪繕?biāo)要實(shí)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(jì)應(yīng)用及國家重大戰(zhàn)略需求提供相關(guān)的解決方案。對此，他為自己制定的明確目標(biāo)是：一方面緊緊聚焦于激光三維成像領(lǐng)域的前沿?zé)狳c(diǎn)和難點(diǎn)問題，探索激光三維成像的新方法和新應(yīng)用，尤其是面向空間應(yīng)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(guān)研究，面向我國大氣污染防治的重大研究計(jì)劃開展研究工作。

短短一年時(shí)間里，劉博不但已建立起一支結(jié)構(gòu)合理、業(yè)務(wù)素質(zhì)良好、年輕富有活力的科研團(tuán)隊(duì)，還以激光雷達(dá)遙感的新方法和重要應(yīng)用為研究方向，如火如荼地開展了激光雷達(dá)和空間激光通信方面的研究工作。劉博團(tuán)隊(duì)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(dá)會議上報(bào)告后反響熱烈。他們還與所內(nèi)外相關(guān)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(shí)驗(yàn)測試遠(yuǎn)高于目前國外同類技術(shù)水平。兩項(xiàng)研究成果均已申請專利并獲受理。

劉博的科研究之路因?yàn)椤拔骞馐钡难芯繉ο蠖щy重重，也因?yàn)楣タ肆诉@些難關(guān)而閃閃發(fā)光。無論是星光暗淡的低谷時(shí)期，還是陽光普照的成功歲月，過去、現(xiàn)在、未來，劉博將帶領(lǐng)自己的團(tuán)隊(duì)一如繼往地為科研事業(yè)奮斗，為國家建設(shè)添磚加瓦。