激光雷达的基本原理
超清晰！几分钟讲清激光雷达的工作原理
因为地表植被会对这两种光有较强的反射。（400nm到700nm为看见光范围，之外分为：紫外线，红外线。）
机载激光雷达Lidar的工作原理：
机载Lidar的四个组成部分：
1、Lidar：左右往复扫描地面。飞行时可以覆盖很大的面积。
2、全球定位系统GPS接收器：用于追踪飞机的高度和XY坐标。GPS能够记录激光发射时空间位置。
3、惯性测量单元：惯导，IMU。用于记录飞机在空中时的姿态（测量俯仰、滚动、偏转）。用于后期计算物体高程的精度。
4、计算机：记录飞机队地面扫描所得到的全部数据。
组成部分如何配合工作的
1、Ldiar系统通过主动向地面发射激光来扫描地面。Lidar Pulse：Lidar激光产生并发射的一束光线。“回波”return：脉冲反射后被传感器接受记录的光线。ToF（time of Fly）
2、通过GPS我们获得飞机的高度信息，然后高度信息减去距离，就是测量扫描地表的高程信息。
3、但是飞机在飞行中受到气流影响会产生上下波动，需要惯导系统记录起伏来校正数据。
有些激光脉冲是垂直从飞机上发射到地面称为NADIR。但是大多数脉冲是倾斜发射的，称为OFF-NADIR。所以Lidar系统在计算高程时还需考虑脉冲的角度。
机载Lidar的基本工作原理。
整个过程描述：Lidar系统从飞机上向地面发射激光，之后记录脉冲从发射到返回飞机的时间。通过这个事件和光速得到了光走过的（单程）距离。之后通过GPS引入了飞机的高度、水平仪等设备获取飞行姿态，以及脉冲的角度（安装角度）等信息。来换算成实际高度。然后减去距离，得到地面的高程信息。同时GPS也返回了测量物体在地面的位置经纬度（x和y）。以上所有信息都记录在计算机中。
多次回波：
一束激光的脉冲不仅仅反射一次。比如激光穿透一些东西后，一个点上，二次返回，三次返回。
【科普】5分钟了解激光是如何产生的（激光原理—激光的生成）
1、材料粒子能级：
基态：最稳定的态；高能态：粒子寿命很短；
外加能量将基态例子泵浦（这个词新鲜。使用光将电子从原子或分子中的较低能级升高（或“泵”）到较高能级的过程。）到高能态，大部分粒子以自发辐射的形式回到基态。
2、谐振腔
激光原理-这是我见过最通俗易懂的介绍 | Engineer Guy系列视频（中文字幕）这个讲谐振腔更形象。
两端镀银的红宝石缸内通过两端反射光线，红宝石的两端惊人地相互平行，且距离不超过200nm。
在这个谐振腔里面：任何与轴线不对齐的光线最终只会从圆柱体的侧面出来。
平行于轴线的光线不断的增强，并且缩小了波长。镜像端产生驻波，这意味着只有特定波长的光可以存在于腔内。通过正确的选择红宝石棒长，我们可以接近单一波长的激光特性。
其中一个镜子或部分镀银镜子上有一个小洞，允许光线逃脱，并形成激光光束。
激光的工作原理How Lasers Work - A Complete Guide
Laser:激光。light amplification by stimulated emission of radiation。受激辐射的光放大
L：light
A：amplification
S：stimulated
E：emission
R：radiation
1971年爱因斯坦提出了受激发辐射的概念。
激光为何这么有用呢？为何他们无处不在？
激光拥有的三种独特性质。
1、线宽：激光的纯度也就是线宽，比任何其他光源都要窄。是一个频率范围较小的光，这个范围越小，激光的线宽和质量就越好。相比白炽灯的线宽非常大，发出的光谱也很宽，所以它发出的光是白色的。（白光是可见光谱中所有颜色的叠加）。
窄线宽很有用，因为很多科学实验想要分析具有确定能量的东西。（不同波长的光对应不同的能量，因此，单一能量的光源是有用的）
2、相干性：激光发出的光是相干光。这意味着他们具有相同的偏振方向和相位 。
换句话说：激光器能够输出高度相干的单色光。相对来说：LED的光也是单色的，但它发出的光并不相干。相干性很重要：因为所有的光子能量都在一起。
3、能量：激光能够向一个小区域发射高强度光。（军事和医学应用上）
量子力学概念：受激吸收、自发辐射和受激辐射。三个量子过程。
1、受激吸收：Stimulated Absorption
我们需要一个由质子和中子组成的原子核（带正电荷）和带负电荷电子。
这个图中的轨道，代表上面资料中的平行线。能级态。势能。
光可以作为推动来激发电子，假设一个单位的光子，穿过低能态的电子，光子牺牲自己，把电子推到更高的能级（高能态）。光子被湮灭，但是它的能量成为被激发电子的一部分。（不同的材料具有不同的能级。而且，我们需要的光子的能量也必须是精确的，如果光子的能量太高，电子会被电离。）
2、自发辐射：Spontaneous Emission
电子在高能态不稳定：电子只会在高能态存在100ns左右。电子最终下落。（为何不稳定回落？推动它回落的是真空能量的微小扰动，量子力学效应。）（空间或者真空并不像我们想象的那样是空的，事物不断地出现和消失。正是这些真空事件扰乱了电子，这也是为什么物质具有铁磁性的原因。）
光在100ns内，可以传播29米。当电子从高能态下落是，它会释放一个能量等于能级差值的光子。下落能级越高，光子的能量就越高。（如果释放出的光子的能量值在可见光范围，我们就认为他有颜色。）
3、受激辐射：Stimulated Emission
当光子与已经激发的电子相互作用时，就会发生这种现象。这种光子可以作为一种微扰，迫使电子退回到较低的能量状态并发射光子。发射出的光子与激发它的光子是相同的：具有相同的频率、相位、偏振，彼此相干。
如果我们能以某种方式雪崩式地进行这个过程，我们就会得到激光。这个基本上就是激光的机理。
光是一种波，它存在建设性和摧毁性的干涉（相长干涉和相消干涉）。谐振腔建设性相长干涉，高强度光束。