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激光雷達利用光子在大氣介質傳輸中的彈性散射、拉曼散射、熒光散射、多普勒頻移等機制實現對大氣要素和矢量風場的探測，具有高時空分辨率、高探測精度等特點。利用激光的穿透性和光譜特性，可以實現能見度、云參數、海面風速、葉綠素等海洋環境要素的高精度探測。
激光雷達按工作介質分，有以下分類：
1、固體激光雷達
固體激光雷達峰值功率高，輸出波長范圍與現有的光學元件與器件，輸出長范圍與現有的光學元件與器件(如調制器、隔離器和探測器）以及大氣傳輸特性相匹配等，而且很容易實現主振蕩器-功率放大器（MOPA）結構，再加上效率高、體積小、重量輕、可靠性高和穩定性好等導體，固體激光雷達優先在機載和天基系統中應用。近年來，激光雷達發展的重點是二極管泵浦固體激光雷達。
2、氣體激光雷達
氣體激光雷達以CO2激光雷達為代表，它工作在紅外波段 ，大氣傳輸衰減小，探測距離遠，已經在大氣風場和環境監測方面發揮了很大作用，但體積大，使用的中紅外探測器必須在77K溫度下工作,限制了氣體激光雷達的發展。
3、半導體激光雷達
半導體激光雷達能以高重復頻率方式連續工作，具有長壽命，小體積，低成本和對人眼傷害小的優點，被廣泛應用于后向散射信號比較強的Mie散射測量，如探測云底高度。半導體激光雷達的潛在應用是測量能見度，獲得大氣邊界層中的氣溶膠消光廓線和識別雨雪等，易于制成機載設備。
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