Компания Lumispot Technology Co., Ltd., опираясь на многолетний опыт исследований и разработок, успешно разработала компактный и лёгкий импульсный лазер с энергией 80 мДж, частотой повторения 20 Гц и безопасной для человеческого глаза длиной волны 1,57 мкм. Этот результат был достигнут благодаря повышению эффективности преобразования KTP-OPO и оптимизации выходной мощности модуля диодного лазера накачки. Согласно результатам испытаний, этот лазер соответствует широкому диапазону рабочих температур от -45 ℃ до 65 ℃, демонстрируя превосходные характеристики, что соответствует передовому уровню в Китае.
Импульсный лазерный дальномер – это дальномер, использующий лазерный импульс, направленный на цель, обладающий высокой точностью измерения дальности, высокой помехоустойчивостью и компактной конструкцией. Изделие широко используется в инженерных измерениях и других областях. Этот метод импульсного лазерного дальномера наиболее широко применяется для измерения больших расстояний. В этом дальномере предпочтительнее использовать твердотельный лазер с высокой энергией и малым углом рассеивания луча, использующий технологию модуляции добротности для генерации наносекундных лазерных импульсов.
Актуальные тенденции развития импульсных лазерных дальномеров следующие:
(1) Безопасный для глаз человека лазерный дальномер: оптический параметрический генератор с длиной волны 1,57 мкм постепенно заменяет традиционные лазерные дальномеры с длиной волны 1,06 мкм в большинстве областей дальномерности.
(2) Миниатюрный дистанционный лазерный дальномер с малыми размерами и весом.
С повышением эффективности систем обнаружения и визуализации возникает потребность в дистанционных лазерных дальномерах, способных измерять расстояние до малоразмерных целей площадью 0,1 м² на расстоянии до 20 км. Поэтому актуальным является исследование высокопроизводительного лазерного дальномера.
В последние годы компания Lumispot Tech сосредоточила усилия на исследовании, проектировании, производстве и продаже безопасного для глаз твердотельного лазера с длиной волны 1,57 мкм, малым углом рассеяния луча и высокими эксплуатационными характеристиками.
Недавно компания Lumispot Tech разработала безопасный для глаз лазер с длиной волны 1,57 мкм, воздушным охлаждением, высокой пиковой мощностью и компактной структурой, что является результатом практического спроса в рамках исследований по минимизации дальномерных лазеров дальнего действия. После эксперимента этот лазер показал широкие перспективы применения, обладает превосходной производительностью, высокой адаптивностью к окружающей среде в широком диапазоне рабочих температур от -40 до 65 градусов Цельсия.
Используя следующее уравнение, при фиксированном количестве других источников, можно улучшить дальность измерения дальномера, увеличивая пиковую выходную мощность и уменьшая угол рассеяния луча. Таким образом, два фактора: пиковая выходная мощность и малый угол рассеяния луча – компактный лазер с воздушным охлаждением – являются ключевыми факторами, определяющими дальность измерения конкретного дальномера.
Ключевой частью для реализации лазера с безопасной для человеческого глаза длиной волны является технология оптического параметрического генератора (OPO), включая возможность нелинейного кристалла, метод фазового согласования и конструкцию внутренней структуры OPO. Выбор нелинейного кристалла зависит от большого нелинейного коэффициента, высокого порога стойкости к повреждениям, стабильных химических и физических свойств и отработанных методов выращивания и т. д. Фазовое согласование должно иметь приоритет. Выберите некритичный метод фазового согласования с большим углом приема и малым углом выхода; структура резонатора OPO должна учитывать эффективность и качество пучка на основе обеспечения надежности. Кривая изменения выходной длины волны KTP-OPO с углом фазового согласования, когда θ = 90 °, сигнальный свет может точно выводить безопасный для человеческого глаза лазер. Поэтому спроектированный кристалл разрезают вдоль одной стороны, используют угловое согласование θ = 90 °, φ = 0 °, то есть используют метод классового согласования, когда эффективный нелинейный коэффициент кристалла является наибольшим и нет эффекта дисперсии.
На основе всестороннего рассмотрения вышеуказанной проблемы в сочетании с уровнем развития современной отечественной лазерной техники и оборудования было предложено следующее техническое решение по оптимизации: в ОПГ используется конструкция двухрезонаторного КТР-ОПГ с некритичным фазовым согласованием класса II; два КТР-ОПГ расположены вертикально в тандемной структуре для повышения эффективности преобразования и надежности лазера, как показано наРисунок 1Выше.
Источником накачки является разработанная нами собственная лазерная решетка с охлаждаемым полупроводниковым лазером, рабочим циклом не более 2%, пиковой мощностью 100 Вт для одной линейки и общей рабочей мощностью 12 000 Вт. Прямоугольная призма, плоское всеотражающее зеркало и поляризатор образуют резонансную полость с поляризационно-связанным выходным излучением. Прямоугольная призма и волновая пластина вращаются для получения желаемого выходного лазерного излучения с длиной волны 1064 нм. Метод модуляции добротности основан на активной электрооптической модуляции добротности под давлением на основе кристалла KDP.
Рисунок 1Два кристалла КТР, соединенных последовательно
В этом уравнении Prec — наименьшая обнаруживаемая рабочая мощность;
Pout — пиковое выходное значение рабочей мощности;
D – апертура приемной оптической системы;
t — коэффициент пропускания оптической системы;
θ — угол рассеяния излучающего луча лазера;
r — скорость отражения цели;
A — целевая эквивалентная площадь поперечного сечения;
R — наибольший диапазон измерений;
σ — коэффициент поглощения атмосферы.
Рисунок 2: Модуль дугообразной стержневой решетки, разработанный самостоятельно,
с кристаллическим стержнем YAG в середине.
TheРисунок 2Модуль состоит из дугообразных стержней, в которых лазерная среда представлена кристаллами YAG, расположенными внутри модуля с концентрацией 1%. Для устранения противоречия между боковым движением лазера и симметричным распределением выходного излучения лазера была использована симметричная матрица лазеров (LD) под углом 120 градусов. Источник накачки – два модуля с изогнутыми стержнями мощностью 6000 Вт, соединенные последовательно полупроводниковым генератором. Выходная энергия составляет 0-250 мДж, длительность импульса около 10 нс, частота 20 Гц. Используется свёрнутый резонатор, а лазер с длиной волны 1,57 мкм выводится после тандемного нелинейного кристалла KTP.
График 3Габаритный чертеж импульсного лазера с длиной волны 1,57 мкм
График 4: Оборудование для испытаний импульсного лазера с длиной волны 1,57 мкм
График 5:Выход 1,57 мкм
График 6:Эффективность преобразования источника накачки
Адаптация измерения энергии лазера для измерения выходной мощности 2 видов длин волн соответственно. Согласно графику, показанному ниже, результатом значения энергии было среднее значение, работающее при 20 Гц с рабочим периодом 1 мин. Среди них энергия, генерируемая лазером с длиной волны 1,57 мкм, имеет последующее изменение в зависимости от отношения энергии источника накачки с длиной волны 1064 нм. Когда энергия источника накачки равна 220 мДж, выходная энергия лазера с длиной волны 1,57 мкм способна достигать 80 мДж, с коэффициентом преобразования до 35%. Поскольку сигнальный свет OPO генерируется под действием определенной плотности мощности света основной частоты, его пороговое значение выше, чем пороговое значение света основной частоты 1064 нм, и его выходная энергия быстро увеличивается после того, как энергия накачки превышает пороговое значение OPO. Соотношение выходной энергии и эффективности ОПГ с выходной энергией света основной частоты показано на рисунке, из которого видно, что эффективность преобразования ОПГ может достигать 35%.
Наконец, можно получить выходной лазерный импульс с длиной волны 1,57 мкм, энергией более 80 мДж и шириной лазерного импульса 8,5 нс. Угол расхождения выходного лазерного луча через расширитель лазерного луча составляет 0,3 мрад. Моделирование и анализ показывают, что дальность измерения импульсным лазерным дальномером с использованием этого лазера может превышать 30 км.
| Длина волны | 1570±5 нм |
| Частота повторения | 20 Гц |
| Угол рассеяния лазерного луча (расширение луча) | 0,3-0,6 мрад |
| Ширина импульса | 8,5 нс |
| Энергия импульса | 80 мДж |
| Непрерывные рабочие часы | 5 мин |
| Масса | ≤1,2 кг |
| Рабочая температура | -40℃~65℃ |
| Температура хранения | -50℃~65℃ |
Помимо увеличения собственных инвестиций в технологические исследования и разработки, укрепления команды НИОКР и совершенствования системы инновационных технологий НИОКР, компания Lumispot Tech также активно сотрудничает с внешними исследовательскими институтами в рамках сотрудничества между промышленностью и университетами, а также установила прочные партнерские отношения с известными отечественными экспертами в этой области. Основные технологии и ключевые компоненты были разработаны самостоятельно, все ключевые компоненты были разработаны и изготовлены самостоятельно, а все устройства локализованы. Компания Bright Source Laser продолжает ускорять темпы развития технологий и инноваций и продолжит внедрять более недорогие и надежные лазерные дальномеры, безопасные для человеческого глаза, для удовлетворения рыночного спроса.
Время публикации: 21 июня 2023 г.