الاستشعار بالليزر المعروف أيضًا باسم lidar (اكتشاف الضوء وتحديد المدى)، هو تقنية استشعار عن بعد تستخدم ضوء الليزر لقياس المسافات والأعماق والخصائص الفيزيائية الأخرى للأشياء في البيئة. تستند الأسس النظرية للاستشعار بالليزر على مبادئ علم البصريات والكهرومغناطيسية وميكانيكا الكم.
أسس الاستشعار الليزري
- يعتمد مفهوم الاستشعار بالليزر على استخدام ضوء الليزر، وهو نوع من الإشعاع الكهرومغناطيسي له خصائص فريدة مقارنة بأشكال الإشعاع الأخرى. ضوء الليزر أحادي اللون، مما يعني أنه يحتوي على تردد أو طول موجي واحد ، وهو متماسك، مما يعني أن الموجات في طور مع بعضها البعض. تسمح هذه الخصائص بتركيز ضوء الليزر في شعاع ضيق ذو كثافة عالية وتباعد منخفض مما يجعله أداة مثالية لتطبيقات الاستشعار عن بعد.
- يتمثل المبدأ الأساسي لاستشعار الليزر في إرسال نبضة من ضوء الليزر باتجاه جسم ما وقياس الوقت الذي يستغرقه الضوء للانعكاس مرة أخرى إلى جهاز الاستقبال. من خلال قياس التأخير الزمني وخصائص الضوء المنعكس، مثل الشدة وطول الموجة من الممكن تحديد المسافة والموضع وحتى تكوين الكائن. تُعرف هذه العملية باسم قياس وقت الرحلة (TOF) وهي الأساس لمعظم أنظمة تحديد المدى والتصوير بالليزر.
- تشمل الأسس النظرية لاستشعار الليزر أيضًا مبادئ ميكانيكا الكم، التي تشرح سلوك الفوتونات الجسيمات التي تشكل الإشعاع الكهرومغناطيسي. توفر ميكانيكا الكم الإطار النظري لفهم كيفية تفاعل ضوء الليزر مع المادة وكيفية ارتباط خصائص الضوء المنعكس بالخصائص الفيزيائية للكائن الذي يتم قياسه.
- بالإضافة إلى قياس TOF يمكن أيضًا أن يعتمد الاستشعار بالليزر على مبادئ أخرى مثل Doppler shift، والذي يستخدم في Doppler lidar لقياس سرعة الأجسام المتحركة والامتصاص والتشتت ، والتي تستخدم في التحليل الطيفي لامتصاص الليزر لقياس تركيز الغازات في الغلاف الجوي.
باختصار تستند الأسس النظرية للاستشعار بالليزر على مبادئ البصريات والكهرومغناطيسية وميكانيكا الكم. تشرح هذه المبادئ كيفية تفاعل ضوء الليزر مع المادة وتوفر الإطار النظري لتطوير تقنية الليدار. مع التقدم في تكنولوجيا الليزر وتقنيات معالجة الإشارات أصبح الليدار أداة أساسية لمجموعة واسعة من التطبيقات بما في ذلك المراقبة البيئية وعلوم الغلاف الجوي والجيولوجيا وعلم الآثار والمركبات المستقلة.
