Lumispot Technology Co., Ltd., базирайки се на дългогодишни изследвания и разработки, успешно разработи импулсен лазер с малки размери и тегло, енергия 80mJ, честота на повторение 20 Hz и безопасна за човешкото око дължина на вълната 1,57μm. Този изследователски резултат е постигнат чрез повишаване на ефективността на преобразуване на KTP-OPO и оптимизиране на изхода на лазерния модул с помпен източник. Според резултатите от теста, този лазер отговаря на изискванията за широк работен температурен диапазон от -45 ℃ до 65 ℃ с отлични характеристики, достигайки напредналото ниво в Китай.
Импулсният лазерен далекомер е инструмент за измерване на разстояние, използващ предимството на лазерния импулс, насочен към целта, с предимствата на висока прецизност на измерване на разстояние, силна защита от смущения и компактна структура. Продуктът се използва широко в инженерните измервания и други области. Този импулсен лазерен метод за измерване на разстояние е най-широко използван в приложенията за измерване на дълги разстояния. При този далекомер за дълги разстояния е за предпочитане да се избере твърдотелен лазер с висока енергия и малък ъгъл на разсейване на лъча, използващ технологията Q-превключване за извеждане на наносекундни лазерни импулси.
Съответните тенденции на импулсния лазерен далекомер са следните:
(1) Безопасен за човешкото око лазерен далекомер: Оптичният параметричен осцилатор с дължина на вълната 1,57 μm постепенно замества традиционния лазерен далекомер с дължина на вълната 1,06 μm в по-голямата част от полетата за измерване на разстояние.
(2) Миниатюрен дистанционен лазерен далекомер с малки размери и леко тегло.
С подобряването на производителността на системите за откриване и изобразяване, са необходими дистанционни лазерни далекомери, способни да измерват малки цели с площ от 0,1 м² на разстояние от 20 км. Следователно е спешно да се проучи високопроизводителният лазерен далекомер.
През последните години Lumispot Tech положи усилия за проучване, проектиране, производство и продажба на безопасен за очите твърдотелен лазер с дължина на вълната 1,57 μm, малък ъгъл на разсейване на лъча и висока оперативна производителност.
Наскоро Lumispot Tech проектира лазер с въздушно охлаждане и дължина на вълната 1.57um, безопасен за очите, с висока пикова мощност и компактна структура, резултат от практическото търсене в рамките на изследванията за минимизирани лазерни далекомери за дълги разстояния. След експеримента, този лазер показва широки перспективи за приложение, притежава отлични характеристики и силна адаптивност към околната среда в широкия диапазон на работните температури от -40 до 65 градуса по Целзий.
Чрез следното уравнение, с фиксирано количество друг референтен източник, чрез подобряване на пиковата изходна мощност и намаляване на ъгъла на разсейване на лъча, може да се подобри разстоянието на измерване на далекомера. В резултат на това, два фактора: стойността на пиковата изходна мощност и малкият ъгъл на разсейване на лъча в компактния лазер с въздушно охлаждане са ключовите фактори, определящи способността за измерване на разстояние на конкретния далекомер.
Ключовата част за реализиране на лазер с дължина на вълната, безопасна за човешкото око, е техниката на оптичния параметричен осцилатор (OPO), включително опцията за нелинеен кристал, метод за фазово съгласуване и проектиране на OPO вътрешна структура. Изборът на нелинеен кристал зависи от големия нелинеен коефициент, високия праг на устойчивост на повреди, стабилните химични и физични свойства, както и от техниките за зрял растеж и др., като фазовото съгласуване трябва да има приоритет. Изберете метод за некритично фазово съгласуване с голям ъгъл на приемане и малък ъгъл на отклонение. Структурата на OPO кухината трябва да отчита ефективността и качеството на лъча, за да се гарантира надеждност. Кривата на промяна на дължината на вълната на изхода на KTP-OPO с ъгъл на фазово съгласуване, когато θ=90°, сигналната светлина може да изведе точно лазера, безопасен за човешкото око. Следователно, проектираният кристал е изрязан по едната страна, като се използва ъгъл на съгласуване θ=90°, φ=0°, т.е. използва се метод за класово съгласуване, когато ефективният нелинеен коефициент на кристала е най-голям и няма ефект на дисперсия.
Въз основа на цялостно разглеждане на горепосочения проблем, съчетано с нивото на развитие на настоящата домашна лазерна техника и оборудване, оптимизационното техническо решение е: OPO използва външна резонаторна двойна резонаторна KTP-OPO конструкция от клас II с некритично фазово съгласуване; двата KTP-OPO са вертикално разположени в тандемна структура, за да се подобри ефективността на преобразуване и надеждността на лазера, както е показано наФигура 1По-горе.
Източникът на помпата е самостоятелно изследвана и разработена проводима охлаждана полупроводникова лазерна решетка, с работен цикъл от най-много 2%, пикова мощност от 100 W за единична лента и обща работна мощност от 12 000 W. Правоъгълната призма, планарното изцяло отразяващо огледало и поляризаторът образуват сгъната поляризационно свързана изходна резонансна кухина, а правоъгълната призма и вълновата плоча се завъртат, за да се получи желаният лазерен изход от 1064 nm. Методът на Q модулация е активна електрооптична Q модулация под налягане, базирана на KDP кристал.
Фигура 1Два KTP кристала, свързани последователно
В това уравнение, Prec е най-малката откриваема работна мощност;
Pout е пиковата изходна стойност на работната мощност;
D е апертурата на приемащата оптична система;
t е пропускливостта на оптичната система;
θ е ъгълът на разсейване на излъчващия лъч на лазера;
r е скоростта на отражение на целта;
A е целевата еквивалентна площ на напречното сечение;
R е най-големият диапазон на измерване;
σ е коефициентът на атмосферно поглъщане.
Фигура 2Модулът с дъгообразна решетка чрез саморазработка,
с YAG кристална пръчка в средата.
TheФигура 2са дъгообразните стекове от пръти, поставящи YAG кристалните пръчки като лазерна среда вътре в модула, с концентрация от 1%. За да се разреши противоречието между страничното движение на лазера и симетричното разпределение на лазерния изход, е използвано симетрично разпределение на LD решетката под ъгъл от 120 градуса. Източникът на помпа е с дължина на вълната 1064 nm, два извити решетъчни модула с мощност 6000 W, свързани последователно в полупроводников тандем за напомпване. Изходната енергия е 0-250 mJ с ширина на импулса около 10 ns и висока честота от 20 Hz. Използва се сгънат резонатор, а лазерът с дължина на вълната 1,57 μm се извежда след тандемен KTP нелинеен кристал.
Графика 3Размерен чертеж на импулсен лазер с дължина на вълната 1,57 μm
Графика 4Оборудване за импулсен лазер с дължина на вълната 1,57 μm
Графика 5:1.57μm изход
Графика 6:Ефективността на преобразуване на помпения източник
Адаптиране на измерването на лазерната енергия за измерване на изходната мощност съответно на 2 вида дължини на вълната. Според графиката, показана по-долу, резултатът от енергийната стойност е средната стойност, работеща при 20Hz с работен период от 1 минута. Сред тях, енергията, генерирана от лазера с дължина на вълната 1,57 μm, се променя съответно в зависимост от съотношението на енергията на помпения източник с дължина на вълната 1064 nm. Когато енергията на помпения източник е равна на 220 mJ, изходната енергия на лазера с дължина на вълната 1,57 μm може да достигне 80 mJ, с коефициент на преобразуване до 35%. Тъй като светлината на OPO сигнала се генерира под действието на определена плътност на мощността на основна честота на светлината, нейната прагова стойност е по-висока от праговата стойност на основната честота на светлината от 1064 nm, а изходната му енергия се увеличава бързо, след като енергията на помпата надвиши праговата стойност на OPO. Връзката между изходната енергия и ефективност на OPO с енергията на светлинния изход на основната честота е показана на фигурата, от която може да се види, че ефективността на преобразуване на OPO може да достигне до 35%.
Най-накрая може да се постигне лазерен импулсен изход с дължина на вълната 1,57 μm, енергия по-голяма от 80 mJ и ширина на лазерния импулс от 8,5 ns. Ъгълът на отклонение на изходния лазерен лъч през разширителя на лазерния лъч е 0,3 mrad. Симулациите и анализите показват, че възможността за измерване на разстояние на импулсен лазерен далекомер, използващ този лазер, може да надхвърли 30 km.
| Дължина на вълната | 1570±5 nm |
| Честота на повторение | 20Hz |
| Ъгъл на разсейване на лазерния лъч (разширяване на лъча) | 0,3-0,6 мрад |
| Ширина на импулса | 8,5 нс |
| Пулсова енергия | 80mJ |
| Непрекъснато работно време | 5 мин. |
| Тегло | ≤1,2 кг |
| Работна температура | -40℃~65℃ |
| Температура на съхранение | -50℃~65℃ |
В допълнение към подобряването на собствените си инвестиции в технологични изследвания и разработки, укрепването на екипа за научноизследователска и развойна дейност и усъвършенстването на системата за иновации в областта на технологиите, Lumispot Tech също така активно си сътрудничи с външни изследователски институции в областта на индустрията, университетите и изследванията и е установила добри отношения на сътрудничество с известни местни експерти в индустрията. Основната технология и ключовите компоненти са разработени независимо, всички ключови компоненти са разработени и произведени независимо, а всички устройства са локализирани. Bright Source Laser продължава да ускорява темпото на технологично развитие и иновации и ще продължи да въвежда по-евтини и по-надеждни лазерни далекомери, безопасни за човешкото око, за да задоволи пазарното търсене.
Време на публикуване: 21 юни 2023 г.