Lumispot Technology Co., Ltd. har, baserat på många års forskning och utveckling, framgångsrikt utvecklat en liten och lätt pulserad laser med en energi på 80 mJ, en repetitionsfrekvens på 20 Hz och en våglängd på 1,57 μm som är säker för det mänskliga ögat. Detta forskningsresultat uppnåddes genom att öka KTP-OPO:s konversationseffektivitet och optimera utsignalen från pumpkällans diodlasermodul. Enligt testresultatet uppfyller denna laser de breda arbetstemperaturkraven från -45 ℃ till 65 ℃ med utmärkt prestanda och når den avancerade nivån i Kina.
Pulsad laseravståndsmätare är ett avståndsmätningsinstrument som har fördelen att laserpulser riktas mot målet, med fördelarna med hög precision, stark anti-interferensförmåga och kompakt struktur. Produkten används ofta inom teknisk mätning och andra områden. Denna pulsad laseravståndsmätningsmetod används oftast vid långdistansmätning. I denna långdistansavståndsmätare är det mer att föredra att välja en faststoftlaser med hög energi och liten strålspridningsvinkel, med Q-switching-teknik för att mata ut nanosekundlaserpulser.
De relevanta trenderna för pulsad laseravståndsmätare är följande:
(1) Laseravståndsmätare som är säker för människors ögon: Den optiska parametriska oscillatorn på 1,57 µm ersätter gradvis den traditionella laseravståndsmätaren med våglängden 1,06 µm inom de flesta avståndsmätningsområden.
(2) Miniatyriserad fjärrstyrd laseravståndsmätare med liten storlek och låg vikt.
I takt med att detekterings- och avbildningssystemens prestanda förbättras behövs fjärrstyrda laseravståndsmätare som kan mäta små mål på 0,1 m² över 20 km. Därför är det angeläget att studera högpresterande laseravståndsmätare.
Under senare år har Lumispot Tech satsat på forskning, design, produktion och försäljning av den ögonsäkra fasta tillståndslasern med 1,57 µm våglängd, liten strålspridningsvinkel och hög driftsprestanda.
Nyligen designade Lumispot Tech en ögonsäker våglängd på 1,57 µm luftkyld laser med hög toppeffekt och kompakt struktur, vilket är ett resultat av den praktiska efterfrågan inom forskning om minimerad långdistanslaseravståndsmätare. Efter experimentet visar denna laser breda tillämpningsmöjligheter, har utmärkt prestanda och stark miljöanpassningsförmåga under ett brett arbetstemperaturområde från -40 till 65 grader Celsius.
Genom följande ekvation, med en fast kvantitet för andra referenser, kan man förbättra avståndsmätarens mätavstånd genom att förbättra topputgångseffekten och minska strålspridningsvinkeln. Som ett resultat är två faktorer: värdet på topputgångseffekten och den lilla strålspridningsvinkeln för en kompakt laserstruktur med luftkyld funktion, den viktigaste delen som avgör en specifik avståndsmätares förmåga att mäta avstånd.
Den viktigaste delen för att realisera lasern med en våglängd som är säker för det mänskliga ögat är optisk parametrisk oscillator (OPO) teknik, inklusive möjligheten att använda icke-linjära kristaller, fasmatchningsmetod och OPO:s inre strukturdesign. Valet av icke-linjär kristall beror på stor icke-linjär koefficient, högt tröskelvärde för skademotstånd, stabila kemiska och fysikaliska egenskaper samt mogna tillväxttekniker etc. Fasmatchning bör prioriteras. Välj en icke-kritisk fasmatchningsmetod med stor acceptansvinkel och liten avgångsvinkel. OPO-kavitetsstrukturen bör ta hänsyn till effektivitet och strålkvalitet baserat på att säkerställa tillförlitlighet. Förändringskurvan för KTP-OPO-utgångsvåglängden med fasmatchningsvinkeln, när θ=90°, kan signalljuset exakt mata ut den ögonsäkra lasern. Därför skärs den designade kristallen längs ena sidan, vinkelmatchningen används θ=90°, φ=0°, det vill säga användning av klassmatchningsmetod, när kristallens effektiva icke-linjära koefficient är störst och det inte finns någon dispersionseffekt.
Baserat på en omfattande övervägning av ovanstående problem, i kombination med utvecklingsnivån för den nuvarande inhemska lasertekniken och -utrustningen, är den optimeringstekniska lösningen: OPO:n använder en icke-kritisk fasmatchande KTP-OPO-design med extern kavitet och dubbel kavitet av klass II; de två KTP-OPO:erna infaller vertikalt i en tandemstruktur för att förbättra omvandlingseffektiviteten och laserns tillförlitlighet, såsom visas iFigur 1Ovan.
Pumpkällan är en egenutvecklad, konduktivt kyld halvledarlaseruppsättning, med en arbetscykel på högst 2 %, 100 W toppeffekt per stång och en total arbetseffekt på 12 000 W. Det rätvinkliga prismat, den plana, helt reflekterande spegeln och polarisatorn bildar en vikt, polarisationskopplad utgångsresonanskavitet, och det rätvinkliga prismat och vågplattan roteras för att erhålla den önskade laserkopplingsutgången på 1064 nm. Q-moduleringsmetoden är en trycksatt aktiv elektrooptisk Q-modulering baserad på KDP-kristall.
Figur 1Två KTP-kristaller kopplade i serie
I denna ekvation är Prec den minsta detekterbara arbetskraften;
Pout är det maximala utgångsvärdet för arbetseffekten;
D är det mottagande optiska systemets bländare;
t är det optiska systemets transmittans;
θ är laserns spridningsvinkel för den emitterande strålen;
r är målets reflektionshastighet;
A är den ekvivalenta tvärsnittsarean för målet;
R är det största mätområdet;
σ är den atmosfäriska absorptionskoefficienten.
Figur 2Den bågformade barmatrismodulen via egenutveckling,
med YAG-kristallstaven i mitten.
DeFigur 2är de bågformade stångstaplarna, där YAG-kristallstavarna används som lasermedium inuti modulen, med en koncentration på 1 %. För att lösa motsägelsen mellan laserns laterala rörelse och den symmetriska fördelningen av laserutgången användes en symmetrisk fördelning av LD-matrisen i en vinkel på 120 grader. Pumpkällan är en våglängd på 1064 nm, två 6000 W böjda stångmoduler i serie med halvledartandempumpning. Utgångsenergin är 0–250 mJ med en pulsbredd på cirka 10 ns och en hög frekvens på 20 Hz. En veckad kavitet används, och lasern med våglängden 1,57 μm matas ut efter en tandem KTP ickelinjär kristall.
Diagram 3Måttritning av pulserad laser med våglängden 1,57 µm
Diagram 41,57 µm våglängds pulserad laserprovtagningsutrustning
Diagram 5:1,57 μm utgång
Diagram 6:Pumpkällans omvandlingseffektivitet
Anpassning av laserenergimätningen för att mäta uteffekten för två typer av våglängder. Enligt grafen nedan var resultatet av energivärdet medelvärdet vid arbete under 20 Hz med 1 minuts arbetsperiod. Bland dessa har energin som genereras av 1,57 µm-våglängdslasern en konsekvent förändring med förhållandet mellan pumpkällans energi vid 1064 nm våglängd. När pumpkällans energi är lika med 220 mJ kan utgångsenergin från 1,57 µm-våglängdslasern uppnå 80 mJ, med en omvandlingshastighet på upp till 35 %. Eftersom OPO-signalljuset genereras under inverkan av en viss effekttäthet av grundfrekvensljus, är dess tröskelvärde högre än tröskelvärdet för grundfrekvensljus vid 1064 nm, och dess utgångsenergi ökar snabbt efter att pumpenergin överstiger OPO-tröskelvärdet. Förhållandet mellan OPO-utgångsenergin och effektiviteten i förhållande till grundfrekvensljusets utgångsenergi visas i figuren, där det framgår att omvandlingseffektiviteten för OPO kan nå upp till 35 %.
Slutligen kan en laserpulsutgång med en våglängd på 1,57 μm, en energi större än 80 mJ och en laserpulsbredd på 8,5 ns uppnås. Divergensvinkeln för den utgående laserstrålen genom laserstrålexpandern är 0,3 mrad. Simuleringar och analyser visar att avståndsmätningsförmågan hos en pulsad laseravståndsmätare med denna laser kan överstiga 30 km.
| Våglängd | 1570 ± 5 nm |
| Repetitionsfrekvens | 20Hz |
| Laserstrålens spridningsvinkel (strålutvidgning) | 0,3–0,6 mrad |
| Pulsbredd | 8,5 ns |
| Pulsenergi | 80 mJ |
| Kontinuerliga arbetstimmar | 5 minuter |
| Vikt | ≤1,2 kg |
| Arbetstemperatur | -40℃~65℃ |
| Förvaringstemperatur | -50℃~65℃ |
Förutom att förbättra sina egna investeringar i teknikforskning och utveckling, stärka uppbyggnaden av FoU-team och finslipa det tekniska FoU-innovationssystemet, samarbetar Lumispot Tech även aktivt med externa forskningsinstitutioner inom industri-universitetsforskning och har etablerat ett gott samarbete med inhemska kända branschexperter. Kärntekniken och nyckelkomponenterna har utvecklats oberoende, alla nyckelkomponenter har utvecklats och tillverkats oberoende, och alla enheter har lokaliserats. Bright Source Laser fortsätter att accelerera takten på teknikutveckling och innovation och kommer att fortsätta att introducera billigare och mer tillförlitliga laseravståndsmätarmoduler för mänskliga ögonsäkerhet för att tillgodose marknadens efterfrågan.
Publiceringstid: 21 juni 2023