Glede na različne mehanizme generiranja kratkovalovnih infrardečih laserjev obstajajo tri vrste kratkovalovnih infrardečih laserjev, in sicer polprevodniški laserji, laserji z vlakni in polprevodniški laserji.Med njimi lahko polprevodniške laserje razdelimo na polprevodniške laserje, ki temeljijo na optični nelinearni pretvorbi valovne dolžine, in polprevodniške laserje, ki neposredno ustvarjajo kratkovalovne infrardeče laserje iz laserskih delovnih materialov.
Polprevodniški laserji uporabljajo polprevodniške materiale kot laserske delovne materiale, valovna dolžina izhodnega laserja pa je določena z vrzeljo v pasu polprevodniških materialov.Z razvojem znanosti o materialih je mogoče energijske pasove polprevodniških materialov prilagoditi širšemu razponu laserskih valovnih dolžin z inženiringom energijskih pasov.Zato je mogoče s polprevodniškimi laserji pridobiti več kratkovalovnih infrardečih laserskih valovnih dolžin.
Tipični laserski delovni material kratkovalovnega infrardečega polprevodniškega laserja je fosforni material.Na primer, polprevodniški laser z indijevim fosfidom z velikostjo zaslonke 95 μm ima izhodne laserske valovne dolžine 1,55 μm in 1,625 μm, moč pa je dosegla 1,5 W.
Laser z vlakni uporablja steklena vlakna, dopirana z redkimi zemljami, kot laserski medij in polprevodniški laser kot vir črpalke.Ima odlične lastnosti, kot so nizek prag, visoka učinkovitost pretvorbe, dobra kakovost izhodnega žarka, preprosta struktura in visoka zanesljivost.Prav tako lahko izkoristi širok spekter sevanja ionov redkih zemelj za oblikovanje nastavljivega laserja z vlakni z dodajanjem selektivnih optičnih elementov, kot so rešetke v laserskem resonatorju.Fiber laserji so postali pomembna usmeritev v razvoju laserske tehnologije.
1. Polprevodniški laser
Polprevodniški laserski pridobitveni mediji, ki lahko neposredno ustvarjajo kratkovalovne infrardeče laserje, so predvsem Er: kristali in keramika YAG ter z Er dopirano steklo.Polprevodniški laser, ki temelji na kristalu Er:YAG in keramiki, lahko neposredno oddaja 1,645 μm kratkovalovni infrardeči laser, ki je vroča točka v raziskavah kratkovalovnega infrardečega laserja v zadnjih letih [3-5].Trenutno je impulzna energija laserjev Er: YAG, ki uporabljajo elektrooptično ali akustično optično Q-preklapljanje, dosegla nekaj do deset mJ, širino impulza desetine ns in frekvenco ponavljanja od deset do tisoč Hz.Če se kot vir črpalke uporabi polprevodniški laser 1,532 μm, bo imel velike prednosti na področju laserskega aktivnega izvidovanja in laserskih protiukrepov, zlasti njegov prikriti učinek na tipične laserske opozorilne naprave.
Er stekleni laser ima kompaktno strukturo, nizko ceno, majhno težo in omogoča delovanje s preklopom Q.Je prednostni vir svetlobe za aktivno zaznavanje kratkovalovnega infrardečega laserja.Vendar pa zaradi štirih pomanjkljivosti materialov stekla Er: Prvič, osrednja valovna dolžina absorpcijskega spektra je 940 nm ali 976 nm, zaradi česar je težko doseči črpanje žarnice;Drugič, priprava materialov iz stekla Er je težka in ni enostavno izdelati velikih velikosti;Tretjič, steklo Er. Material ima slabe toplotne lastnosti in dolgotrajno delovanje s ponavljajočo se frekvenco ni enostavno, kaj šele neprekinjeno delovanje;četrtič, ni ustreznega materiala za preklop Q.Čeprav so raziskave kratkovalovnega infrardečega laserja na osnovi Er stekla vedno pritegnile pozornost ljudi, zaradi zgornjih štirih razlogov ni izšel noben izdelek.Do leta 1990, s pojavom polprevodniških laserskih palic z valovnimi dolžinami 940 nm in 980 nm, in pojavom nasičenih absorpcijskih materialov, kot je Co2+:MgAl2O4 (magnezijev aluminat, dopiran s kobaltom), sta bili glavni ozki grli vir črpalke in preklop Q so bili zlomljeni.Raziskave steklenih laserjev so se hitro razvijale.Zlasti v zadnjih letih miniaturni laserski modul iz stekla Er v moji državi, ki združuje vir polprevodniške črpalke, steklo Er in resonančno votlino, tehta največ 10 g in ima majhno serijsko proizvodno zmogljivost modulov največje moči 50 kW.Vendar pa je zaradi slabe toplotne učinkovitosti stekla Er, frekvenca ponavljanja laserskega modula še vedno relativno nizka.Laserska frekvenca 50 kW modula je samo 5 Hz, največja laserska frekvenca 20 kW modula pa je 10 Hz, ki se lahko uporablja samo v nizkofrekvenčnih aplikacijah.
Laserski izhod 1,064 μm impulznega laserja Nd:YAG ima največjo moč do megavatov.Ko tako močna koherentna svetloba prehaja skozi nekatere posebne materiale, se njeni fotoni neelastično razpršijo na molekulah materiala, kar pomeni, da se fotoni absorbirajo in proizvedejo relativno nizkofrekvenčne fotone.Obstajata dve vrsti snovi, ki lahko dosežeta ta učinek pretvorbe frekvence: ena so nelinearni kristali, kot so KTP, LiNbO3 itd.;drugi je visokotlačni plin, kot je H2.Postavite jih v optično resonančno votlino, da oblikujete optični parametrični oscilator (OPO).
OPO, ki temelji na visokotlačnem plinu, se običajno nanaša na parametrični oscilator svetlobe s stimuliranim ramanskim sipanjem.Svetloba črpalke se delno absorbira in ustvari nizkofrekvenčni svetlobni val.Zrel Ramanov laser uporablja 1,064 μm laser za črpanje visokotlačnega plina H2, da dobi 1,54 μm kratkovalovni infrardeči laser.
SLIKA 1
Tipična uporaba kratkovalovnega infrardečega GV sistema je slikanje na dolge razdalje ponoči.Laserski osvetljevalec mora biti kratkovalovni infrardeči laser s kratkim impulzom in visoko konično močjo, njegova frekvenca ponavljanja pa mora biti skladna s frekvenco okvirja bliskovne kamere.Glede na trenutno stanje kratkovalovnih infrardečih laserjev doma in v tujini so najboljša izbira Er:YAG laserji z diodnim črpanjem in 1,57 μm polprevodniški laserji na osnovi OPO.Frekvenco ponavljanja in največjo moč miniaturnega laserja iz Er stekla je treba še izboljšati.3.Uporaba kratkovalovnega infrardečega laserja v fotoelektričnem protiizvidovanju
Bistvo kratkovalovnega infrardečega laserskega protiizvidovanja je, da sovražnikovo optoelektronsko izvidniško opremo, ki deluje v kratkovalovnem infrardečem pasu, obseva s kratkovalovnimi infrardečimi laserskimi žarki, tako da lahko pridobi napačno informacijo o cilju ali pa ne more normalno delovati ali celo. detektor je poškodovan.Obstajata dve tipični kratkovalovni infrardeči laserski protiizvidniški metodi, in sicer zavajajoča motnja laserskega daljinomera, varnega za človeško oko, in zatiranje poškodbe kratkovalovne infrardeče kamere.
1.1 Zavajajoče motnje varnostnega laserskega daljinomera človeškega očesa zaradi zavajanja razdalje
Impulzni laserski daljinomer pretvori razdaljo med tarčo in tarčo s časovnim intervalom laserskega impulza, ki gre naprej in nazaj med izstrelitveno točko in tarčo.Če detektor daljinomera prejme druge laserske impulze, preden odbiti signal odmeva tarče doseže izstrelitveno točko, bo prenehal meriti čas in pretvorjena razdalja ni dejanska razdalja tarče, ampak manjša od dejanske razdalje tarče.Lažna razdalja, s katero se doseže namen zavajanja razdalje daljinomera.Pri laserskih daljinomerih, ki so varni za oči, je mogoče uporabiti kratkovalovne infrardeče impulzne laserje iste valovne dolžine za izvajanje motenj zavajanja razdalje.
Laser, ki izvaja motnje zavajanja razdalje daljinomera, simulira razpršeni odboj tarče od laserja, zato je konična moč laserja zelo nizka, vendar morata biti izpolnjena naslednja dva pogoja:
1) Valovna dolžina laserja mora biti enaka delovni valovni dolžini daljinomera z motnjami.Pred detektorjem daljinomera je nameščen interferenčni filter, pasovna širina pa je zelo ozka.Laserji z valovno dolžino, ki ni delovna valovna dolžina, ne morejo doseči fotoobčutljive površine detektorja.Tudi laserja 1,54 μm in 1,57 μm s podobnimi valovnimi dolžinami ne moreta motiti drug drugega.
2) Repetirna frekvenca laserja mora biti dovolj visoka.Detektor daljinomera se odzove na laserski signal, ki doseže njegovo fotoobčutljivo površino šele, ko je razdalja izmerjena.Da bi dosegli učinkovito motnjo, mora interferenčni impulz stisniti vsaj 2 do 3 impulze v valovna vrata merilnika razdalje.Vrata dosega, ki jih je trenutno mogoče doseči, so reda velikosti μs, zato mora imeti moteči laser visoko frekvenco ponavljanja.Če za primer vzamemo ciljno razdaljo 3 km, je čas, potreben, da se laser enkrat premakne naprej in nazaj, 20 μs.Če sta vnesena vsaj 2 impulza, mora frekvenca ponavljanja laserja doseči 50 kHz.Če je najmanjši doseg laserskega daljinomera 300 m, frekvenca ponavljanja motilca ne sme biti nižja od 500 kHz.Samo polprevodniški laserji in laserji z vlakni lahko dosežejo tako visoko stopnjo ponovitve.
1.2 Supresivne motnje in poškodbe kratkovalovnih infrardečih kamer
Kot osrednja komponenta kratkovalovnega infrardečega slikovnega sistema ima kratkovalovna infrardeča kamera omejen dinamični razpon odzivne optične moči detektorja žariščne ravnine InGaAs.Če vpadna optična moč preseže zgornjo mejo dinamičnega razpona, bo prišlo do nasičenja in detektor ne bo mogel izvesti normalnega slikanja.Večja moč Laser bo trajno poškodoval detektor.
Polprevodniški laserji z neprekinjeno in nizko konično močjo ter laserji z vlakni z visoko frekvenco ponavljanja so primerni za neprekinjeno zatiranje motenj kratkovalovnih infrardečih kamer.Nenehno obsevajte kratkovalovno infrardečo kamero z laserjem.Zaradi kondenzacijskega učinka velike povečave optične leče je območje, ki ga doseže lasersko razpršena točka na goriščni ravnini InGaAs, močno nasičeno in ga zato ni mogoče normalno slikati.Šele po prekinitvi laserskega obsevanja za nekaj časa se lahko slikanje postopoma vrne v normalno stanje.
Glede na rezultate dolgoletnih raziskav in razvoja produktov za lasersko aktivno protiukrepanje v vidnem in bližnjem infrardečem pasu ter testov učinkovitosti poškodb na več poljih lahko le laserji s kratkimi impulzi s konično močjo megavatov in več povzročijo nepopravljivo škodo televizorju kamere na kilometrski razdalji.poškodbe.Najvišja moč laserja je ključnega pomena, ali je mogoče doseči učinek poškodbe.Dokler je konična moč višja od praga poškodbe detektorja, lahko en sam impulz poškoduje detektor.Z vidika težavnosti zasnove laserja, odvajanja toplote in porabe energije ni nujno, da frekvenca ponavljanja laserja doseže hitrost sličic kamere ali celo več, 10 Hz do 20 Hz pa lahko ustreza dejanskim bojnim aplikacijam.Seveda tudi kratkovalovne infrardeče kamere niso izjema.
Detektorji žariščne ravnine InGaAs vključujejo CCD-je z elektronskim obstreljevanjem, ki temeljijo na migracijskih fotokatodah InGaAs/InP in pozneje razvitem CMOS.Njihovi pragi nasičenosti in poškodbe so v enakem vrstnem redu kot CCD/CMOS na osnovi Si, vendar detektorji na osnovi InGaAs/InP še niso bili pridobljeni.Podatki o pragu nasičenosti in poškodbe CCD/COMS.
Glede na trenutno stanje kratkovalovnih infrardečih laserjev doma in v tujini je polprevodniški laser s ponavljajočo se frekvenco 1,57 μm, ki temelji na OPO, še vedno najboljša izbira za lasersko poškodbo CCD/COMS.Njegova visoka zmogljivost prodiranja v atmosfero in laser s kratkimi impulzi z visoko konično močjo. Pokritost s svetlobnimi točkami in učinkovite lastnosti enega impulza so očitne za mehko ubijalsko moč optoelektronskega sistema na dolge razdalje, opremljenega s kratkovalovnimi infrardečimi kamerami.
2 .Sklep
Kratkovalovni infrardeči laserji z valovno dolžino med 1,1 μm in 1,7 μm imajo visoko atmosfersko prepustnost in močno sposobnost prodiranja skozi meglico, dež, sneg, dim, pesek in prah.Neviden je za tradicionalno opremo za nočno opazovanje pri šibki svetlobi.Laser v pasu od 1,4 μm do 1,6 μm je varen za človeško oko in ima značilne lastnosti, kot je zrel detektor z največjo odzivno valovno dolžino v tem območju, in je postal pomembna razvojna usmeritev za laserske vojaške aplikacije.
Ta članek analizira tehnične lastnosti in status quo štirih tipičnih kratkovalovnih infrardečih laserjev, vključno s fosfornimi polprevodniškimi laserji, laserji z vlakni, dopiranimi z Er, polprevodniškimi laserji, dopiranimi z Er, in polprevodniškimi laserji na osnovi OPO, ter povzema uporabo teh kratkovalovnih infrardečih laserjev v fotoelektričnem aktivnem izvidovanju.Tipične uporabe v protiizvidništvu.
1) Fosforni polprevodniški laserji z neprekinjeno in nizko konično močjo z visoko frekvenco ponavljanja in laserji z vlakni, dopiranimi z Er, se večinoma uporabljajo za pomožno razsvetljavo za prikrito opazovanje na dolge razdalje in ciljanje ponoči ter zatiranje motenj sovražnih kratkovalovnih infrardečih kamer.Fosforni polprevodniški laserji s kratkimi impulzi z veliko ponovitvami in laserji z vlakni, dopiranimi z Er, so prav tako idealni viri svetlobe za večimpulzni sistem za določanje razdalje za oči, laserski slikovni radar in laserski merilnik razdalje za varnost oči in motnje zavajanja razdalje.
2) Polprevodniški laserji na osnovi OPO z nizko stopnjo ponavljanja, vendar z najvišjo močjo megavatov ali celo deset megavatov, se lahko široko uporabljajo v radarju za slikanje z bliskavico, opazovanju z laserjem na dolge razdalje ponoči, poškodbah kratkovalovnega infrardečega laserja in tradicionalni način na daljavo človeške oči Varnostno lasersko določanje razdalje.
3) Miniaturni laser iz stekla Er je ena najhitreje rastočih smeri kratkovalovnih infrardečih laserjev v zadnjih letih.Trenutne ravni moči in frekvence ponavljanja je mogoče uporabiti v miniaturnih varnostnih laserskih daljinomerih za oči.Sčasoma, ko največja moč doseže raven megavatov, se lahko uporablja za bliskovni radar za slikanje, opazovanje laserskega striranja in lasersko poškodbo kratkovalovnih infrardečih kamer.
4) Er:YAG laser z diodnim črpanjem, ki skriva lasersko opozorilno napravo, je glavna smer razvoja visoko zmogljivih kratkovalovnih infrardečih laserjev.Ima velik potencial uporabe pri bliskovnem lidarju, opazovanju z laserskim striranjem na dolge razdalje ponoči in laserskih poškodbah.
V zadnjih letih, ko imajo oborožitveni sistemi vse višje zahteve za integracijo optoelektronskih sistemov, je majhna in lahka laserska oprema postala neizogiben trend v razvoju laserske opreme.Polprevodniški laserji, laserji z vlakni in miniaturni laserji z majhno velikostjo, majhno težo in nizko porabo energije Laserji iz Er stekla so postali glavna smer razvoja kratkovalovnih infrardečih laserjev.Zlasti vlakneni laserji z dobro kakovostjo žarka imajo velik potencial uporabe pri nočni pomožni razsvetljavi, prikritem nadzoru in ciljanju, lidarju za skeniranje slik in laserskem zatiranju motenj.Vendar pa je moč/energija teh treh tipov majhnih in lahkih laserjev na splošno nizka in se lahko uporabljajo samo za nekatere aplikacije za izvidovanje kratkega dosega ter ne morejo zadostiti potrebam izvidovanja in protiizvidovanja na velike razdalje.Zato je fokus razvoja povečanje moči/energije laserja.
Polprevodniški laserji, ki temeljijo na OPO, imajo dobro kakovost žarka in visoko konično moč, njihove prednosti pri opazovanju na dolge razdalje, radarju za bliskavico in poškodbah laserja pa so še vedno zelo očitne, izhodno energijo laserja in frekvenco ponavljanja laserja pa je treba še povečati. .Za laserje Er:YAG z diodnim črpanjem, če se energija impulza poveča, medtem ko se širina impulza dodatno stisne, bo postal najboljša alternativa polprevodniškim laserjem OPO.Ima prednosti pri opazovanju na dolge razdalje, bliskovnem radarju in laserskih poškodbah.Velik potencial uporabe.
Več informacij o izdelku lahko obiščete našo spletno stran:
https://www.erbiumtechnology.com/
E-naslov:devin@erbiumtechnology.com
WhatsApp: +86-18113047438
Faks: +86-2887897578
Dodaj: št. 23, cesta Chaoyang, ulica Xihe, okrožje Longquanyi, Chengdu, 610107, Kitajska.
Čas posodobitve: Mar-02-2022
