В условиях модернизации отрасли геодезии и картографии с целью повышения эффективности и точности, волоконные лазеры с длиной волны 1,5 мкм становятся ключевой движущей силой роста рынка в двух основных областях: беспилотной аэрофотосъемке и ручной съемке, благодаря их глубокой адаптации к требованиям местности. В связи со взрывным ростом таких применений, как низковысотная съемка и аварийное картографирование с использованием дронов, а также с усовершенствованием ручных сканирующих устройств в сторону высокой точности и портативности, объем мирового рынка волоконных лазеров с длиной волны 1,5 мкм для геодезии к 2024 году превысил 1,2 миллиарда юаней, при этом спрос на беспилотные летательные аппараты и ручные устройства составил более 60% от общего объема, а среднегодовой темп роста составил 8,2%. За этим бумом спроса стоит идеальное сочетание уникальных характеристик диапазона 1,5 мкм и жестких требований к точности, безопасности и адаптации к окружающей среде в сценариях геодезии.
1. Обзор продукта
В серии волоконных лазеров Lumispot «1,5 мкм» используется технология усиления MOPA, которая обеспечивает высокую пиковую мощность и эффективность электрооптического преобразования, низкое отношение шума спонтанного излучения и нелинейного эффекта, а также широкий диапазон рабочих температур, что делает их пригодными для использования в качестве источника лазерного излучения для лидаров. В системах съемки, таких как лидары, волоконный лазер с длиной волны 1,5 мкм используется в качестве основного источника излучения, и его характеристики напрямую определяют «точность» и «широту» обнаружения. Характеристики этих двух параметров напрямую связаны с эффективностью и надежностью беспилотных летательных аппаратов при съемке местности, распознавании целей, патрулировании линий электропередач и других сценариях. С точки зрения физических законов передачи и логики обработки сигналов, три основных показателя — пиковая мощность, ширина импульса и стабильность длины волны — являются ключевыми переменными, влияющими на точность и дальность обнаружения. Механизм их действия можно разложить на составляющие всей цепочки «передача сигнала, атмосферная передача, отражение от цели, прием».
2. Области применения
В области беспилотной аэрофотосъемки и картографирования резко возрос спрос на волоконные лазеры с длиной волны 1,5 мкм благодаря их высокой точности в решении проблемных зон при проведении аэрофотосъемки. Платформы беспилотных летательных аппаратов имеют строгие ограничения по объему, весу и энергопотреблению полезной нагрузки, в то время как компактная конструкция и малый вес волоконного лазера с длиной волны 1,5 мкм позволяют снизить вес лазерно-радиолокационной системы до одной трети от веса традиционного оборудования, идеально адаптируясь к различным типам беспилотных летательных аппаратов, таким как многороторные и самолеты. Что еще более важно, этот диапазон находится в «золотом окне» атмосферной пропускаемости. По сравнению с широко используемым лазером с длиной волны 905 нм, его затухание при передаче снижается более чем на 40% в сложных метеорологических условиях, таких как дымка и пыль. Благодаря пиковой мощности до кВт, он обеспечивает дальность обнаружения более 250 метров для целей с отражательной способностью 10%, решая проблему «нечеткой видимости и измерения расстояния» для беспилотных летательных аппаратов при обследовании в горных районах, пустынях и других регионах. В то же время, его превосходные характеристики безопасности для человеческого глаза — пиковая мощность более чем в 10 раз превышает мощность лазера с длиной волны 905 нм — позволяют дронам работать на малых высотах без необходимости использования дополнительных защитных экранов, значительно повышая безопасность и гибкость в таких областях, как городская съемка и сельскохозяйственное картографирование.
В области портативной геодезии и картографии растущий спрос на волоконные лазеры с длиной волны 1,5 мкм тесно связан с основными требованиями к портативности устройств и высокой точности. Современное портативное геодезическое оборудование должно обеспечивать баланс между адаптивностью к сложным условиям и простотой эксплуатации. Низкий уровень шума и высокое качество луча волоконных лазеров с длиной волны 1,5 мкм позволяют портативным сканерам достигать точности измерений на микрометровом уровне, удовлетворяя требованиям высокой точности, таким как оцифровка культурных реликвий и обнаружение промышленных компонентов. По сравнению с традиционными лазерами с длиной волны 1,064 мкм, их помехоустойчивость значительно улучшена в условиях яркого наружного освещения. В сочетании с бесконтактными характеристиками измерения, они позволяют быстро получать трехмерные данные облака точек в таких сценариях, как реставрация древних зданий и места аварийно-спасательных работ, без необходимости предварительной обработки целей. Более примечательно то, что его компактная конструкция позволяет интегрировать его в портативные устройства весом менее 500 граммов, с широким диапазоном рабочих температур от -30 ℃ до +60 ℃, что идеально подходит для различных сценариев эксплуатации, таких как полевые исследования и инспекции в мастерских.
С точки зрения своей ключевой роли, волоконные лазеры с длиной волны 1,5 мкм стали важным устройством, преобразующим возможности геодезических работ. В геодезии с использованием беспилотных летательных аппаратов они служат «сердцем» лазерного радара, обеспечивая точность измерения расстояния на уровне сантиметров благодаря импульсному выходу наносекунд, предоставляя данные высокоплотного облака точек для 3D-моделирования местности и обнаружения посторонних объектов на линиях электропередач, а также повышая эффективность геодезических работ с использованием беспилотных летательных аппаратов более чем в три раза по сравнению с традиционными методами; в контексте национальной земельной съемки их возможности обнаружения на больших расстояниях позволяют эффективно проводить съемку 10 квадратных километров за один полет с погрешностями данных в пределах 5 сантиметров. В области портативной геодезии они позволяют устройствам достичь оперативного опыта «сканирования и получения»: в охране культурного наследия они могут точно фиксировать детали текстуры поверхности культурных памятников и предоставлять 3D-модели миллиметрового уровня для цифрового архивирования; в обратном проектировании можно быстро получать геометрические данные сложных компонентов, ускоряя итерации проектирования изделий; В условиях чрезвычайных ситуаций, связанных с геодезией и картографированием, благодаря возможностям обработки данных в реальном времени, трехмерная модель пострадавшего района может быть создана в течение часа после землетрясений, наводнений и других стихийных бедствий, что оказывает критически важную поддержку при принятии решений о проведении спасательных работ. От крупномасштабных аэрофотосъемок до точного сканирования местности, волоконный лазер с длиной волны 1,5 мкм выводит геодезическую отрасль в новую эру «высокой точности + высокой эффективности».
3. Основные преимущества
Суть дальности обнаружения заключается в максимальном расстоянии, на котором фотоны, излучаемые лазером, могут преодолеть атмосферное затухание и потери на отражение от цели, и при этом быть эффективно приняты приемным устройством в качестве сигналов. Следующие показатели яркого источника излучения — волоконного лазера с длиной волны 1,5 мкм — непосредственно определяют этот процесс:
① Пиковая мощность (кВт): стандартная 3 кВт при 3 нс и 100 кГц; модернизированная версия 8 кВт при 3 нс и 100 кГц. «Основной движущей силой» диапазона обнаружения является мгновенная энергия, выделяемая лазером в течение одного импульса, и ключевой фактор, определяющий силу сигналов на больших расстояниях. При обнаружении с помощью дронов фотонам необходимо пройти сотни или даже тысячи метров через атмосферу, что может вызвать ослабление сигнала из-за рэлеевского рассеяния и поглощения аэрозолями (хотя полоса 1,5 мкм относится к «атмосферному окну», в ней все же присутствует присущее ей ослабление). В то же время, отражательная способность поверхности цели (например, различия в растительности, металлах и камнях) также может привести к потере сигнала. При увеличении пиковой мощности, даже после затухания на больших расстояниях и потерь на отражение, количество фотонов, достигающих приемного конца, все еще может соответствовать «пороговому значению отношения сигнал/шум», тем самым расширяя дальность обнаружения. Например, увеличив пиковую мощность волоконного лазера с длиной волны 1,5 мкм с 1 кВт до 5 кВт, при тех же атмосферных условиях дальность обнаружения целей с 10% отражательной способностью может быть увеличена с 200 метров до 350 метров, что напрямую решает проблему «невозможности проводить измерения на больших расстояниях» в крупномасштабных сценариях съемки, таких как горные районы и пустыни, для беспилотных летательных аппаратов.
② Ширина импульса (нс): регулируется от 1 до 10 нс. Стандартное изделие имеет температурный дрейф ширины импульса в диапазоне температур от -40 до 85 ℃ ≤ 0,5 нс; кроме того, оно может достигать температурного дрейфа ширины импульса в диапазоне температур от -40 до 85 ℃ ≤ 0,2 нс. Этот показатель представляет собой «временную шкалу» точности измерения расстояния, отражающую длительность лазерных импульсов. Принцип расчета расстояния для обнаружения дронами основан на формуле «расстояние = (скорость света × время прохождения импульса туда и обратно) / 2», поэтому ширина импульса напрямую определяет «точность измерения времени». При уменьшении ширины импульса увеличивается «резкость времени» импульса, и ошибка синхронизации между «временем излучения импульса» и «временем приема отраженного импульса» на приемной стороне значительно уменьшается.
③ Стабильность длины волны: в пределах 1 пм/℃ ширина линии при полной температуре 0,128 нм является «якорем точности» в условиях воздействия окружающей среды, а диапазон колебаний длины волны лазерного излучения зависит от температуры и напряжения. В системах обнаружения в диапазоне длин волн 1,5 мкм обычно используется технология «разнесенного приема по длинам волн» или «интерферометрии» для повышения точности, а колебания длины волны могут напрямую вызывать отклонения от эталонных значений измерений — например, когда дрон работает на большой высоте, температура окружающей среды может повышаться с -10 ℃ до 30 ℃. Если температурный коэффициент длины волны волоконного лазера 1,5 мкм составляет 5 пм/℃, длина волны будет колебаться на 200 пм, а соответствующая погрешность измерения расстояния увеличится на 0,3 миллиметра (выведено из формулы зависимости длины волны от скорости света). Особенно при патрулировании линий электропередач беспилотными летательными аппаратами необходимо точно измерять такие параметры, как провисание проводов и расстояние между линиями. Нестабильная длина волны может привести к отклонению данных и повлиять на оценку безопасности линии; лазер с длиной волны 1,5 мкм, использующий технологию фиксации длины волны, позволяет контролировать стабильность длины волны в пределах 1 пм/°C, обеспечивая точность обнаружения на уровне сантиметров даже при изменении температуры.
④ Синергия индикаторов: «Баланс» между точностью и дальностью в реальных сценариях обнаружения дронов, где индикаторы действуют не независимо, а взаимодействуют или ограничивают друг друга. Например, увеличение пиковой мощности может расширить дальность обнаружения, но необходимо контролировать ширину импульса, чтобы избежать снижения точности (баланс «высокая мощность + узкий импульс» должен быть достигнут с помощью технологии сжатия импульсов); оптимизация качества луча может одновременно улучшить дальность и точность (концентрация луча снижает потери энергии и помехи измерения, вызванные перекрытием световых пятен на больших расстояниях). Преимущество волоконного лазера с длиной волны 1,5 мкм заключается в его способности достигать синергетической оптимизации «высокой пиковой мощности (1-10 кВт), узкой ширины импульса (1-10 нс), высокого качества луча (M²<1,5) и высокой стабильности длины волны (<1 пм/°C)» благодаря низким потерям волоконной среды и технологии модуляции импульсов. Это обеспечивает двойной прорыв: "дальность обнаружения (300-500 метров) + высокая точность (на уровне сантиметров)" в беспилотных летательных аппаратах, что также является его ключевым конкурентным преимуществом при замене традиционных лазеров с длиной волны 905 нм и 1064 нм в беспилотной аэрофотосъемке, аварийно-спасательных работах и других сценариях.
Настраиваемый
✅ Фиксированные требования к ширине импульса и температурному дрейфу ширины импульса
✅ Тип выхода и ветвь выхода
✅ Эталонное соотношение расщепления светлых ветвей
✅ Стабильность среднего уровня мощности
✅ Требования к локализации
Дата публикации: 28 октября 2025 г.