Компания Lumispot Technology Co., Ltd., опираясь на многолетние исследования и разработки, успешно разработала малогабаритный и легкий импульсный лазер с энергией 80 мДж, частотой повторения 20 Гц и безопасной для глаз длиной волны 1,57 мкм. Этот результат был достигнут за счет повышения эффективности преобразования KTP-OPO и оптимизации выходного сигнала диодного лазерного модуля накачки. Согласно результатам испытаний, этот лазер обладает превосходными характеристиками, соответствующими широкому диапазону рабочих температур от -45 ℃ до 65 ℃, и достигает передового уровня в Китае.
Импульсный лазерный дальномер — это прибор для измерения расстояния, использующий лазерный импульс, направленный на цель, с преимуществами высокой точности измерения расстояния, высокой помехоустойчивости и компактной конструкции. Изделие широко используется в инженерных измерениях и других областях. Этот метод импульсного лазерного измерения расстояния наиболее широко применяется для измерения больших расстояний. В таких дальномерах предпочтительно использовать твердотельный лазер с высокой энергией и малым углом рассеяния луча, применяя технологию модуляции добротности для генерации наносекундных лазерных импульсов.
Основные тенденции развития импульсных лазерных дальномеров следующие:
(1) Безопасный для глаз человека лазерный дальномер: оптический параметрический генератор с длиной волны 1,57 мкм постепенно вытесняет традиционный лазерный дальномер с длиной волны 1,06 мкм в большинстве областей измерения расстояния.
(2) Миниатюрный дистанционный лазерный дальномер малого размера и веса.
В связи с улучшением характеристик систем обнаружения и визуализации, необходимы дистанционные лазерные дальномеры, способные измерять малые цели площадью 0,1 м² на расстоянии до 20 км. Поэтому крайне важно изучить высокоэффективные лазерные дальномеры.
В последние годы компания Lumispot Tech сосредоточила свои усилия на исследованиях, разработке, 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 конструкцией, что стало результатом практической потребности в исследованиях по миниатюризации лазерных дальномеров дальнего действия. После экспериментов этот лазер продемонстрировал широкие перспективы применения, обладает превосходными характеристиками и высокой адаптивностью к окружающей среде в широком диапазоне рабочих температур от -40 до 65 градусов Цельсия.
С помощью следующего уравнения, при фиксированном значении других опорных параметров, за счет увеличения пиковой выходной мощности и уменьшения угла рассеяния луча, можно увеличить дальность измерения дальномера. В результате, два фактора: значение пиковой выходной мощности и малый угол рассеяния луча, а также компактная конструкция лазера с функцией воздушного охлаждения являются ключевыми факторами, определяющими возможности измерения расстояния конкретным дальномером.
Ключевым элементом для создания лазера с безопасной для человеческого глаза длиной волны является технология оптического параметрического генератора (ОПГ), включающая в себя выбор нелинейного кристалла, метод фазового согласования и проектирование внутренней структуры ОПГ. Выбор нелинейного кристалла зависит от большого нелинейного коэффициента, высокого порога устойчивости к повреждениям, стабильных химических и физических свойств, а также от отработанных технологий выращивания и т. д. При этом приоритет должен отдаваться фазовому согласованию. Следует выбрать некритичный метод фазового согласования с большим углом приема и малым углом выхода; структура резонатора ОПГ должна учитывать эффективность и качество пучка для обеспечения надежности. Измеряя кривую изменения длины волны выходного излучения KTP-ОПГ в зависимости от угла фазового согласования, можно увидеть, что при θ = 90° сигнальный свет точно генерирует безопасный для человеческого глаза лазерный луч. Поэтому разработанный кристалл вырезается вдоль одной стороны, используется угловое согласование θ = 90°, φ = 0°, то есть используется метод согласования класса, при котором эффективный нелинейный коэффициент кристалла максимален и отсутствует дисперсионный эффект.
На основе всестороннего рассмотрения вышеуказанной проблемы, а также с учетом уровня развития современных отечественных лазерных технологий и оборудования, оптимизационное техническое решение заключается в следующем: в ОПО используется двухрезонаторная конструкция KTP-OPO с внешним резонатором класса II без критического фазового согласования; два KTP-OPO расположены вертикально в тандемной структуре для повышения эффективности преобразования и надежности лазера, как показано на рисунке.Рисунок 1Выше.
Источником накачки является разработанная и созданная нами лазерная матрица с проводящим охлаждением на основе полупроводников, с коэффициентом заполнения не более 2%, пиковой мощностью 100 Вт для одного лазерного стержня и общей рабочей мощностью 12 000 Вт. Прямоугольная призма, плоское полностью отражающее зеркало и поляризатор образуют резонансную полость со сложенной поляризацией, а прямоугольная призма и волновод вращаются для получения желаемого лазерного излучения с длиной волны 1064 нм. Метод модуляции добротности представляет собой активную электрооптическую модуляцию добротности под давлением на основе кристалла KDP.
Рисунок 1Два кристалла KTP, соединенные последовательно.
В этом уравнении Prec — это наименьшая обнаруживаемая рабочая мощность;
Pout — это пиковое значение выходной мощности работы;
D — апертура приемной оптической системы;
t — коэффициент пропускания оптической системы;
θ — угол рассеяния излучаемого лазерного луча;
r — коэффициент отражения цели;
А — это целевая эквивалентная площадь поперечного сечения;
R — это наибольший диапазон измерений;
σ — это коэффициент поглощения в атмосфере.
Рисунок 2Модуль дугообразной стержневой матрицы, разработанный собственными силами.
с кристаллическим стержнем YAG посередине.
ОнРисунок 2Модуль представляет собой дугообразную структуру из стержней, в которой в качестве лазерной среды используются кристаллы YAG с концентрацией 1%. Для разрешения противоречия между боковым перемещением лазера и симметричным распределением лазерного излучения использовалось симметричное распределение массива лазерных диодов под углом 120 градусов. Источником накачки является массив с длиной волны 1064 нм, состоящий из двух последовательно соединенных полупроводниковых тандемных модулей с изогнутыми стержнями мощностью 6000 Вт. Выходная энергия составляет 0-250 мДж, ширина импульса — около 10 нс, а частота — 20 Гц. Используется резонатор со сложенной структурой, а лазерное излучение с длиной волны 1,57 мкм выводится через тандемный нелинейный кристалл KTP.
График 3Габаритный чертеж импульсного лазера с длиной волны 1,57 мкм
График 4Оборудование для изготовления образцов импульсного лазера с длиной волны 1,57 мкм
График 5:выходной сигнал 1,57 мкм
График 6:Эффективность преобразования источника насоса
Для измерения энергии лазера была адаптирована методика измерения выходной мощности для двух типов длин волн. Согласно приведенному ниже графику, полученное значение энергии представляло собой среднее значение, полученное при частоте 20 Гц в течение 1 минуты. При этом энергия, генерируемая лазером с длиной волны 1,57 мкм, изменяется в зависимости от энергии источника накачки с длиной волны 1064 нм. Когда энергия источника накачки равна 220 мДж, выходная энергия лазера с длиной волны 1,57 мкм достигает 80 мДж, при этом коэффициент преобразования составляет 35%. Поскольку сигнал OPO генерируется под действием определенной плотности мощности света основной частоты, его пороговое значение выше порогового значения для света основной частоты 1064 нм, и его выходная энергия быстро возрастает после того, как энергия накачки превышает пороговое значение OPO. На рисунке показана зависимость выходной энергии и эффективности ОПО от энергии светового излучения на основной частоте, из которой видно, что эффективность преобразования ОПО может достигать 35%.
Наконец, удалось получить лазерный импульс с длиной волны 1,57 мкм, энергией более 80 мДж и длительностью 8,5 нс. Угол расходимости выходного лазерного луча через расширитель лазерного луча составляет 0,3 мрад. Моделирование и анализ показывают, что дальность измерения импульсного лазерного дальномера, использующего этот лазер, 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 |
| Импульсная энергия | 80 мДж |
| Непрерывное рабочее время | 5 мин |
| Масса | ≤1,2 кг |
| Рабочая температура | -40℃~65℃ |
| Температура хранения | -50℃~65℃ |
Помимо увеличения собственных инвестиций в исследования и разработки, укрепления команды разработчиков и совершенствования системы инноваций в области технологий, Lumispot Tech также активно сотрудничает с внешними научно-исследовательскими учреждениями в рамках сотрудничества между промышленностью, университетами и научными центрами, а также установила хорошие партнерские отношения с известными отечественными экспертами. Основные технологии и ключевые компоненты разработаны самостоятельно, все ключевые компоненты разработаны и изготовлены самостоятельно, а все устройства локализованы. Компания Bright Source Laser продолжает ускорять темпы технологического развития и инноваций и будет и дальше внедрять более дешевые и надежные модули лазерных дальномеров, обеспечивающие безопасность для глаз человека, чтобы удовлетворить рыночный спрос.
Дата публикации: 21 июня 2023 г.