Segons els diferents mecanismes de generació de làsers infrarojos d'ona curta, hi ha tres tipus de làsers infrarojos d'ona curta, és a dir, làsers semiconductors, làsers de fibra i làsers d'estat sòlid.Entre ells, els làsers d'estat sòlid es poden dividir en làsers d'estat sòlid basats en la conversió òptica de longitud d'ona no lineal i làsers d'estat sòlid que generen directament làsers infrarojos d'ona curta a partir de materials de treball làser.
Els làsers semiconductors utilitzen materials semiconductors com a materials de treball làser, i la longitud d'ona del làser de sortida està determinada per la bretxa de banda dels materials semiconductors.Amb el desenvolupament de la ciència dels materials, les bandes d'energia dels materials semiconductors es poden adaptar a una gamma més àmplia de longituds d'ona làser mitjançant l'enginyeria de bandes d'energia.Per tant, es poden obtenir múltiples longituds d'ona de làser infrarojos d'ona curta amb làsers semiconductors.
El material de treball làser típic del làser semiconductor infrarojo d'ona curta és material de fòsfor.Per exemple, un làser semiconductor de fosfur d'indi amb una mida d'obertura de 95 μm té longituds d'ona làser d'1,55 μm i 1,625 μm, i la potència ha arribat als 1,5 W.
El làser de fibra utilitza fibra de vidre dopada amb terres rares com a mitjà làser i làser semiconductor com a font de bomba.Té excel·lents característiques, com ara llindar baix, alta eficiència de conversió, bona qualitat del feix de sortida, estructura senzilla i alta fiabilitat.També pot aprofitar l'ampli espectre de radiació d'ions de terres rares per formar un làser de fibra sintonitzable afegint elements òptics selectius com ara reixes al ressonador làser.Els làsers de fibra s'han convertit en una direcció important en el desenvolupament de la tecnologia làser.
1.Làser d'estat sòlid
Els mitjans de guany làser d'estat sòlid que poden generar directament làsers infrarojos d'ona curta són principalment Er: cristalls i ceràmiques YAG i vidre dopat amb Er.El làser d'estat sòlid basat en cristall Er: YAG i ceràmica pot produir directament làser infraroig d'ona curta d'1,645 μm, que és un punt calent en la investigació del làser infraroig d'ona curta en els darrers anys [3-5].Actualment, l'energia del pols dels làsers Er: YAG que utilitzen commutació Q electro-òptica o acústica-òptica ha arribat a unes quantes a desenes de mJ, una amplada de pols de desenes de ns i una freqüència de repetició de desenes a milers de Hz.Si s'utilitza un làser semiconductor de 1,532 μm com a font de bomba, tindrà grans avantatges en el camp del reconeixement actiu làser i les contramesures làser, especialment el seu efecte furtiu en dispositius d'avís làser típics.
El làser de vidre Er té una estructura compacta, un baix cost, un pes lleuger i pot realitzar un funcionament Q-switched.És la font de llum preferida per a la detecció activa del làser infrarojo d'ona curta.Tanmateix, a causa de les quatre deficiències dels materials de vidre Er: en primer lloc, la longitud d'ona central de l'espectre d'absorció és de 940 nm o 976 nm, cosa que dificulta el bombeig de la làmpada;En segon lloc, la preparació dels materials de vidre Er és difícil i no és fàcil fer mides grans;En tercer lloc, el vidre Er El material té propietats tèrmiques pobres i no és fàcil aconseguir un funcionament repetitiu de freqüència durant molt de temps, i molt menys un funcionament continu;quart, no hi ha cap material de commutació Q adequat.Tot i que la investigació del làser infraroig d'ona curta basat en vidre Er sempre ha cridat l'atenció de la gent, a causa dels quatre motius anteriors, no ha sortit cap producte.Fins al 1990, amb l'aparició de barres làser semiconductors amb longituds d'ona de 940 nm i 980 nm, i l'aparició de materials d'absorció saturats com Co2+:MgAl2O4 (aluminat de magnesi dopat amb cobalt), els dos colls d'ampolla principals de la font de la bomba i la commutació Q estaven trencats.La investigació sobre làsers de vidre s'ha desenvolupat ràpidament.Especialment en els darrers anys, el mòdul làser de vidre Er en miniatura del meu país, que integra la font de la bomba de semiconductors, el vidre Er i la cavitat ressonant, no pesa més de 10 g i té una capacitat de producció de lots petits de mòduls de potència màxima de 50 kW.Tanmateix, a causa del mal rendiment tèrmic del material de vidre Er, la freqüència de repetició del mòdul làser encara és relativament baixa.La freqüència làser del mòdul de 50 kW és només de 5 Hz i la freqüència làser màxima del mòdul de 20 kW és de 10 Hz, que només es pot utilitzar en aplicacions de baixa freqüència.
La sortida làser de 1,064 μm del làser polsat Nd:YAG té una potència màxima de fins a megawatts.Quan una llum coherent tan forta travessa alguns materials especials, els seus fotons es dispersen de manera inelàstica per les molècules del material, és a dir, els fotons s'absorbeixen i es produeixen fotons relativament de baixa freqüència.Hi ha dos tipus de substàncies que poden aconseguir aquest efecte de conversió de freqüència: una són els cristalls no lineals, com ara KTP, LiNbO3, etc.;l'altre és gas d'alta pressió com l'H2.Col·loqueu-los a la cavitat ressonant òptica per formar un oscil·lador òptic paramètric (OPO).
L'OPO basat en gas d'alta pressió sol referir-se a un oscil·lador paramètric de llum de dispersió Raman estimulat.La llum de la bomba s'absorbeix parcialment i genera una ona de llum de baixa freqüència.El làser Raman madur utilitza un làser de 1,064 μm per bombar gas H2 d'alta pressió per obtenir un làser infrarojo d'ona curta d'1,54 μm.
FOTO 1
L'aplicació típica del sistema GV d'infrarojos d'ona curta és la imatge de llarga distància a la nit.L'il·luminador làser ha de ser un làser infraroig d'ona curta de pols curt amb una potència màxima alta i la seva freqüència de repetició ha de ser coherent amb la freqüència de fotograma de la càmera estroboscòpica.Segons l'estat actual dels làsers infrarojos d'ona curta a casa i a l'estranger, els làsers d'estat sòlid d'1,57 μm basats en OPO són les millors opcions.La freqüència de repetició i la potència màxima del làser de vidre Er en miniatura encara s'han de millorar.3.Aplicació del làser infraroig d'ona curta en antireconeixement fotoelèctric
L'essència de l'antireconeixement làser infraroig d'ona curta és irradiar l'equip de reconeixement optoelectrònic de l'enemic que treballa a la banda d'infrarojos d'ona curta amb raigs làser infrarojos d'ona curta, de manera que pugui obtenir informació equivocada de l'objectiu o no funcionar normalment, o fins i tot. el detector està danyat.Hi ha dos mètodes típics d'antireconeixement amb làser infrarojo d'ona curta, és a dir, la interferència de l'engany de distància al telèmetre làser segur per a l'ull humà i el dany de supressió a la càmera infraroja d'ona curta.
1.1 Interferència d'engany a distància amb el telèmetre làser de seguretat de l'ull humà
El telèmetre làser polsat converteix la distància entre l'objectiu i l'objectiu per l'interval de temps del pols làser que va d'anada i tornada entre el punt de llançament i l'objectiu.Si el detector de telèmetre rep altres polsos làser abans que el senyal d'eco reflectit de l'objectiu arribi al punt de llançament, aturarà el temps i la distància convertida no és la distància real de l'objectiu, sinó més petita que la distància real de l'objectiu.Distància falsa, que aconsegueix el propòsit d'enganyar la distància del telèmetre.Per als telèmetres làser segurs per als ulls, es poden utilitzar làsers de pols infrarojos d'ona curta de la mateixa longitud d'ona per implementar interferències d'engany de distància.
El làser que implementa la interferència d'engany de distància del telèmetre simula la reflexió difusa de l'objectiu al làser, de manera que la potència màxima del làser és molt baixa, però s'han de complir les dues condicions següents:
1) La longitud d'ona del làser ha de ser la mateixa que la longitud d'ona de treball del telèmetre interferit.Davant del detector del telèmetre s'instal·la un filtre d'interferències i l'amplada de banda és molt estreta.Els làsers amb longituds d'ona diferents de la longitud d'ona de treball no poden arribar a la superfície fotosensible del detector.Fins i tot els làsers d'1,54 μm i 1,57 μm amb longituds d'ona similars no poden interferir entre ells.
2) La freqüència de repetició del làser ha de ser prou alta.El detector de telèmetre respon al senyal làser que arriba a la seva superfície fotosensible només quan es mesura l'abast.Per aconseguir una interferència efectiva, el pols d'interferència hauria de comprimir-se com a mínim a la porta d'ona del telèmetre de 2 a 3 polsos.La porta de rang que es pot aconseguir actualment és de l'ordre de μs, de manera que el làser interferent ha de tenir una freqüència de repetició elevada.Prenent com a exemple una distància objectiu de 3 km, el temps necessari perquè el làser vagi d'anada i tornada una vegada és de 20 μs.Si s'introdueixen almenys 2 polsos, la freqüència de repetició del làser ha d'arribar als 50 kHz.Si l'abast mínim del telèmetre làser és de 300 m, la freqüència de repetició de l'embolcall no pot ser inferior a 500 kHz.Només els làsers de semiconductors i els làsers de fibra poden aconseguir una taxa de repetició tan alta.
1.2 Interferències supressives i danys a les càmeres infrarojes d'ona curta
Com a component bàsic del sistema d'imatge infraroja d'ona curta, la càmera infraroja d'ona curta té un rang dinàmic limitat de potència òptica de resposta del seu detector de pla focal InGaAs.Si la potència òptica incident supera el límit superior del rang dinàmic, es produirà saturació i el detector no pot realitzar una imatge normal.Potència més alta El làser causarà danys permanents al detector.
Els làsers de semiconductors de potència màxima contínua i baixa i els làsers de fibra amb una freqüència de repetició elevada són adequats per a la supressió contínua d'interferències de càmeres infrarojes d'ona curta.Irradieu contínuament la càmera infraroja d'ona curta amb un làser.A causa de l'efecte de condensació de gran augment de la lent òptica, l'àrea aconseguida pel punt difós làser al pla focal InGaAs està molt saturada i, per tant, no es pot visualitzar amb normalitat.Només després d'aturar la irradiació làser durant un període de temps, el rendiment de la imatge pot tornar gradualment a la normalitat.
D'acord amb els resultats de molts anys d'investigació i desenvolupament de productes de contramesura activa del làser a les bandes visibles i infrarojes properes i proves d'efectivitat de danys de camp múltiples, només els làsers de pols curt amb una potència màxima de megawatts i superiors poden causar danys irreversibles a la televisió. càmeres a una distància de quilòmetres.dany.Tant si es pot aconseguir l'efecte dany, la potència màxima del làser és la clau.Sempre que la potència màxima sigui superior al llindar de dany del detector, un sol pols pot danyar el detector.Des de la perspectiva de la dificultat del disseny del làser, la dissipació de calor i el consum d'energia, la freqüència de repetició del làser no necessàriament ha d'assolir la velocitat de fotogrames de la càmera o fins i tot més, i de 10 Hz a 20 Hz poden satisfer aplicacions de combat reals.Naturalment, les càmeres infrarojes d'ona curta no són una excepció.
Els detectors de pla focal InGaAs inclouen CCD de bombardeig d'electrons basats en fotocàtodes de migració d'electrons InGaAs/InP i CMOS desenvolupats posteriorment.Els seus llindars de saturació i dany estan en el mateix ordre de magnitud que els CCD/CMOS basats en Si, però encara no s'han obtingut detectors basats en InGaAs/InP.Dades de llindar de saturació i dany de CCD/COMS.
Segons l'estat actual dels làsers infrarojos d'ona curta a casa i a l'estranger, el làser d'estat sòlid de freqüència repetitiva d'1,57 μm basat en OPO segueix sent la millor opció per al dany del làser a CCD/COMS.El seu alt rendiment de penetració atmosfèrica i el làser de pols curt d'alta potència màxima La cobertura del punt de llum i les característiques efectives d'un sol pols són òbvies per al poder de destrucció suau del sistema optoelectrònic de llarga distància equipat amb càmeres infrarojes d'ona curta.
2 .Conclusió
Els làsers infrarojos d'ona curta amb longituds d'ona entre 1,1 μm i 1,7 μm tenen una gran transmitància atmosfèrica i una forta capacitat per penetrar la boira, la pluja, la neu, el fum, la sorra i la pols.És invisible per als equips tradicionals de visió nocturna amb poca llum.El làser de la banda d'1,4 μm a 1,6 μm és segur per a l'ull humà i té característiques distintives, com ara un detector madur amb una longitud d'ona de resposta màxima en aquest rang, i s'ha convertit en una direcció de desenvolupament important per a aplicacions militars làser.
Aquest article analitza les característiques tècniques i l'estat quo de quatre làsers infrarojos d'ona curta típics, inclosos els làsers semiconductors de fòsfor, els làsers de fibra dopats amb Er, els làsers d'estat sòlid dopats amb Er i els làsers d'estat sòlid basats en OPO, i resumeix l'ús. d'aquests làsers infrarojos d'ona curta en reconeixement actiu fotoelèctric.Aplicacions típiques en anti-reconeixement.
1) Els làsers de semiconductors de fòsfor d'alta freqüència de repetició i de potència màxima contínua i els làsers de fibra dopat Er s'utilitzen principalment per a il·luminació auxiliar per a la vigilància furtiva a llarga distància i apuntar a la nit i suprimir la interferència a les càmeres infrarojes d'ona curta enemigues.Els làsers de semiconductors de fòsfor de pols curt d'alta repetició i els làsers de fibra dopada Er també són fonts de llum ideals per a la seguretat ocular del sistema multipols, el radar d'imatges d'escaneig làser i la interferència d'engany de distància del telèmetre làser de seguretat ocular.
2) Els làsers d'estat sòlid basats en OPO amb una taxa de repetició baixa però amb una potència màxima de megawatts o fins i tot deu megawatts es poden utilitzar àmpliament en radars d'imatge flash, observació de gating làser de llarga distància a la nit, danys làser infrarojos d'ona curta i mode tradicional ulls humans remots Seguretat d'abast làser.
3) El làser de vidre Er en miniatura és una de les direccions de més ràpid creixement dels làsers infrarojos d'ona curta en els últims anys.Els nivells actuals de potència i freqüència de repetició es poden utilitzar en telèmetres làser de seguretat ocular en miniatura.Amb el temps, una vegada que la potència màxima arriba al nivell de megawatts, es pot utilitzar per a radars d'imatge de flaix, observació de gating làser i danys làser a càmeres infrarojes d'ona curta.
4) El làser Er:YAG bombat per díode que amaga el dispositiu d'avís làser és la direcció de desenvolupament principal dels làsers infrarojos d'ona curta d'alta potència.Té un gran potencial d'aplicació en flash lidar, observació de làser de llarga distància a la nit i danys per làser.
En els últims anys, com que els sistemes d'armes tenen requisits cada cop més alts per a la integració de sistemes optoelectrònics, els equips làser petits i lleugers s'han convertit en una tendència inevitable en el desenvolupament d'equips làser.Làsers semiconductors, làsers de fibra i làsers en miniatura amb mida petita, pes lleuger i baix consum d'energia Els làsers de vidre Er s'han convertit en la direcció principal del desenvolupament de làsers infrarojos d'ona curta.En particular, els làsers de fibra amb una bona qualitat del feix tenen un gran potencial d'aplicació en il·luminació auxiliar nocturna, vigilància i punteria furtiva, lidar d'imatges d'escaneig i interferències de supressió de làser.Tanmateix, la potència/energia d'aquests tres tipus de làsers petits i lleugers és generalment baixa i només es pot utilitzar per a algunes aplicacions de reconeixement de curt abast i no pot satisfer les necessitats de reconeixement de llarg abast i de contrareconeixement.Per tant, l'objectiu del desenvolupament és augmentar la potència/energia del làser.
Els làsers d'estat sòlid basats en OPO tenen una bona qualitat del feix i una gran potència màxima, i els seus avantatges en l'observació de llarga distància, el radar d'imatge de flaix i el dany del làser encara són molt evidents, i l'energia de sortida del làser i la freqüència de repetició del làser s'han d'augmentar encara més. .Per als làsers Er:YAG bombejats amb díodes, si l'energia del pols augmenta mentre l'amplada del pols es comprimeix encara més, es convertirà en la millor alternativa als làsers d'estat sòlid OPO.Té avantatges en l'observació de llarga distància, el radar d'imatge de flaix i el dany del làser.Gran potencial d'aplicació.
Més informació del producte, podeu venir a visitar el nostre lloc web:
https://www.erbiumtechnology.com/
Correu electrònic:devin@erbiumtechnology.com
WhatsApp: +86-18113047438
Fax: +86-2887897578
Afegiu: No.23, Chaoyang road, Xihe street, Longquanyi distrcit, Chengdu, 610107, Xina.
Hora d'actualització: Mar-02-2022
