突破氢气检测瓶颈，新型激光雷达实现远距离精准测漏

近日据外媒报道，德国弗劳恩霍夫多家研究所正在联合开展一项合作，旨在让氢能应用更安全、更具成本效益：在RADIANT联合项目中，弗劳恩霍夫微电子电路与系统研究所（IMS）、应用固态物理研究所（IAF）以及位于英国格拉斯哥的应用光子学中心（CAP）正在共同开发一种新型紧凑型拉曼激光雷达系统。

据开发人员介绍，该系统能够可靠地远距离检测气体泄漏，尤其是氢气，即使在恶劣的环境条件下也能正常工作。对于能源设施和工业过程环境的运营方而言，这意味着可以实现无人员风险的早期检测、连续监测，以及面向实际部署的可扩展解决方案。

氢气的安全使用被认为是能源转型的关键，但它给工业和基础设施运营方带来了新的挑战。氢气无色无味，几乎不具备光学吸收特性。因此，在发电厂、生产设施或管道等场景中，从安全距离外尽早、可靠地检测泄漏至关重要。

紧凑型拉曼激光雷达系统的潜在应用方式。放大镜下：一片在弗劳恩霍夫IMS研究所制造的200毫米晶圆的一部分，展示了硅光电倍增管（BSI-SiPM）的不同变体

远距离检测——即使在日光下也依然有效
这正是拉曼激光雷达技术的优势所在：它利用分子特征性的拉曼散射，精确识别各种气体，并通过飞行时间测量确定其位置。其挑战在于光学信号微弱，通常处于单光子水平，特别是在户外测量和强日光环境下。

然而，RADIANT团队指出，现有的拉曼激光雷达系统通常只针对少数几种预设分子进行设计。RADIANT（Raman Atmospheric Detection And ranging Technology，即“拉曼大气探测与测距技术”）则采用了一种新方法：使用线性探测器阵列，以取代原有的基于滤波器的光谱分离方式。

这使得系统具备了极大的分子检测灵活性，并为实现通用分子检测铺平了道路。该系统工作在日盲区UV-B和UV-C波段。在这些波段，太阳背景辐射大幅降低，从而允许在日光下进行测量，并显著提高了灵敏度。

高灵敏度探测器
在RADIANT项目中，弗劳恩霍夫IMS研究所贡献了在开发具有增强紫外灵敏度的背照式硅光电倍增管（BSI-SiPM）方面的专业技术。IMS研究所工业部门负责人Maren Kasischke博士表示：“这些探测器专门针对时间分辨拉曼测量的需求进行了优化，能够在保持高时间分辨率的同时，探测到极其微弱的信号。”

另一个关键的开发步骤是用于多达32个通道的读出电路，该电路能够并行快速处理所有光谱信号。这使得首次实现具有高时间和高光谱分辨率的拉曼光谱采集成为可能，并能灵活适应不同分子。

作为互补方案，弗劳恩霍夫IAF研究所正在开发一种低成本、大面积、日盲型探测器技术，未来可用于手持设备，并根据需要调整系统性能。弗劳恩霍夫CAP中心负责领导该项目，并贡献其在拉曼激光雷达系统开发方面的经验。项目重点包括远距离可靠检测气体，以及将所有组件集成为一个实用的完整系统。

对于能源和工业设施的运营方而言，这项技术为基础设施的连续监测开辟了新的可能性，尤其是在氢能经济不断发展的背景下。得益于该系统增强的分子检测灵活性，无需针对特定物质预先配置传感器技术，即可检测不同的气体。同时，该项目旨在显著减小系统的尺寸、复杂度和成本，从而为各种应用场景提供紧凑型、移动式或固定式安装的解决方案。

RADIANT项目也为工业界和开发合作伙伴带来了明确的附加值。该项目中开发的探测器和读出技术，为面向应用的演示样机奠定了基础，这些样机最终可以转化为具有市场竞争力的产品。