În conformitate cu mecanismul diferit de generare a laserelor cu undă scurtă în infraroșu, există trei tipuri de lasere în infraroșu cu unde scurte, și anume lasere semiconductoare, lasere cu fibră și lasere cu stare solidă.Printre acestea, laserele cu stare solidă pot fi împărțite în lasere cu stare solidă bazate pe conversia optică a lungimii de undă neliniare și lasere cu stare solidă care generează direct lasere infraroșii cu unde scurte din materialele de lucru cu laser.
Laserele semiconductoare folosesc materiale semiconductoare ca materiale de lucru cu laser, iar lungimea de undă a laserului de ieșire este determinată de banda interzisă a materialelor semiconductoare.Odată cu dezvoltarea științei materialelor, benzile de energie ale materialelor semiconductoare pot fi adaptate la o gamă mai largă de lungimi de undă laser prin ingineria benzilor de energie.Prin urmare, cu lasere semiconductoare pot fi obținute mai multe lungimi de undă cu laser infraroșu cu unde scurte.
Materialul tipic de lucru cu laser al laserului cu semiconductor infraroșu cu unde scurte este materialul fosfor.De exemplu, un laser semiconductor cu fosfură de indiu cu o dimensiune a deschiderii de 95 μm are lungimi de undă laser de ieșire de 1,55 μm și 1,625 μm, iar puterea a ajuns la 1,5 W.
Laserul cu fibră folosește fibră de sticlă dopată cu pământuri rare ca mediu laser și laser semiconductor ca sursă de pompă.Are caracteristici excelente, cum ar fi prag scăzut, eficiență ridicată de conversie, calitate bună a fasciculului de ieșire, structură simplă și fiabilitate ridicată.De asemenea, poate profita de spectrul larg de radiații ionice de pământuri rare pentru a forma un laser cu fibră reglabil prin adăugarea de elemente optice selective, cum ar fi rețelele în rezonatorul laser.Laserele cu fibră au devenit o direcție importantă în dezvoltarea tehnologiei laser.
1.Laser cu stare solidă
Mediile de câștig cu laser în stare solidă care pot genera direct lasere cu infraroșu cu unde scurte sunt în principal cristale și ceramică Er: YAG și sticlă dopată cu Er.Laserul cu stare solidă bazat pe cristal și ceramică Er:YAG poate produce direct laser cu infraroșu cu undă scurtă de 1,645 μm, care este un punct fierbinte în cercetarea laserului infraroșu cu unde scurte în ultimii ani [3-5].În prezent, energia impulsului laserelor Er: YAG care utilizează comutarea Q electro-optică sau acusto-optică a atins câteva până la zeci de mJ, o lățime a impulsului de zeci de ns și o frecvență de repetiție de la zeci până la mii de Hz.Dacă un laser semiconductor de 1,532 μm este utilizat ca sursă de pompă, acesta va avea mari avantaje în domeniul recunoașterii active cu laser și al contramăsurilor laser, în special efectul său ascuns asupra dispozitivelor de avertizare cu laser tipice.
Laserul din sticlă Er are o structură compactă, cost redus, greutate redusă și poate realiza operarea Q-switched.Este sursa de lumină preferată pentru detectarea activă a laserului infraroșu cu unde scurte.Cu toate acestea, din cauza celor patru deficiențe ale materialelor din sticlă Er: În primul rând, lungimea de undă centrală a spectrului de absorbție este de 940 nm sau 976 nm, ceea ce face pomparea lămpii dificil de realizat;În al doilea rând, pregătirea materialelor din sticlă Er este dificilă și nu este ușor să faci dimensiuni mari;În al treilea rând, sticlă Er Materialul are proprietăți termice slabe și nu este ușor să se realizeze o funcționare cu frecvență repetitivă pentru o lungă perioadă de timp, darămite o funcționare continuă;în al patrulea rând, nu există un material adecvat de comutare Q.Deși cercetarea laserului infraroșu cu unde scurte pe bază de sticlă Er a atras întotdeauna atenția oamenilor, din cauza celor patru motive de mai sus, nu a ieșit niciun produs.Până în 1990, odată cu apariția barelor laser semiconductoare cu lungimi de undă de 940 nm și 980 nm și apariția materialelor saturate de absorbție, cum ar fi Co2+:MgAl2O4 (aluminat de magneziu dopat cu cobalt), cele două blocaje majore ale sursei pompei și comutarea Q. au fost sparte.Cercetările privind laserele de sticlă s-au dezvoltat rapid.Mai ales în ultimii ani, modulul laser miniatural din sticlă Er al țării mele, care integrează sursa pompei semiconductoare, sticlă Er și cavitatea rezonantă, nu cântărește mai mult de 10 g și are o capacitate de producție în loturi mici de module de putere de vârf de 50 kW.Cu toate acestea, din cauza performanței termice slabe a materialului din sticlă Er, frecvența de repetare a modulului laser este încă relativ scăzută.Frecvența laser a modulului de 50 kW este de numai 5 Hz, iar frecvența laser maximă a modulului de 20 kW este de 10 Hz, care poate fi utilizată numai în aplicații de joasă frecvență.
Laserul de 1,064 μm ieșit de laserul cu impulsuri Nd:YAG are o putere de vârf de până la megawați.Când o lumină coerentă atât de puternică trece prin unele materiale speciale, fotonii săi sunt împrăștiați inelastic pe moleculele materialului, adică fotonii sunt absorbiți și produc fotoni de frecvență relativ joasă.Există două tipuri de substanțe care pot realiza acest efect de conversie a frecvenței: unul este cristalele neliniare, cum ar fi KTP, LiNbO3 etc.;celălalt este gaz de înaltă presiune, cum ar fi H2.Așezați-le în cavitatea rezonantă optică pentru a forma un oscilator optic parametric (OPO).
OPO bazat pe gaz de înaltă presiune se referă de obicei la un oscilator parametric de difuzie Raman stimulat.Lumina pompei este parțial absorbită și generează o undă luminoasă de joasă frecvență.Laserul Raman matur folosește un laser de 1,064 μm pentru a pompa gazul de înaltă presiune H2 pentru a obține un laser infraroșu cu undă scurtă de 1,54 μm.
IMAGINEA 1
Aplicația tipică a sistemului GV în infraroșu cu unde scurte este imagistica la distanță lungă pe timp de noapte.Iluminatorul laser ar trebui să fie un laser infraroșu cu undă scurtă cu puls scurt, cu putere de vârf ridicată, iar frecvența sa de repetiție ar trebui să fie în concordanță cu frecvența cadrului camerei cu stroboscop.În conformitate cu starea actuală a laserelor infraroșii cu unde scurte în țară și în străinătate, laserele Er: YAG pompate cu diode și laserele cu stare solidă de 1,57 μm pe bază de OPO sunt cele mai bune alegeri.Frecvența de repetiție și puterea de vârf a laserului miniatural din sticlă Er trebuie încă îmbunătățite.3.Aplicarea laserului infraroșu cu unde scurte în antirecunoaștere fotoelectrică
Esența anti-recunoașterii cu laser în infraroșu cu undă scurtă este iradierea echipamentului de recunoaștere optoelectronic al inamicului care lucrează în banda infraroșu cu unde scurte cu fascicule laser în infraroșu cu unde scurte, astfel încât să poată obține informații greșite despre țintă sau să nu poată funcționa normal, sau chiar detectorul este deteriorat.Există două metode tipice de anti-recunoaștere cu laser în infraroșu cu undă scurtă, și anume interferența înșelăciunii la distanță la telemetrul laser sigur pentru ochiul uman și deteriorarea suprimarii camerei cu infraroșu cu unde scurte.
1.1 Interferența înșelăciunii la distanță cu telemetrul cu laser pentru siguranța ochiului uman
Telemetrul laser cu impulsuri convertește distanța dintre țintă și țintă cu intervalul de timp al impulsului laser care merge înainte și înapoi între punctul de lansare și țintă.Dacă detectorul telemetrului primește alte impulsuri laser înainte ca semnalul de eco reflectat al țintei să atingă punctul de lansare, acesta va opri sincronizarea, iar distanța convertită nu este distanța reală a țintei, ci mai mică decât distanța reală a țintei.Distanța falsă, care atinge scopul de a înșela distanța telemetrului.Pentru telemetrie cu laser sigure pentru ochi, lasere cu impulsuri infraroșii cu undă scurtă de aceeași lungime de undă pot fi utilizate pentru a implementa interferența de înșelăciune la distanță.
Laserul care implementează interferența înșelării distanței a telemetrului simulează reflexia difuză a țintei către laser, astfel încât puterea de vârf a laserului este foarte scăzută, dar trebuie îndeplinite următoarele două condiții:
1) Lungimea de undă laser trebuie să fie aceeași cu lungimea de undă de lucru a telemetrului interferat.Un filtru de interferență este instalat în fața detectorului telemetrului, iar lățimea de bandă este foarte îngustă.Laserele cu lungimi de undă altele decât lungimea de undă de lucru nu pot ajunge la suprafața fotosensibilă a detectorului.Chiar și laserele de 1,54 μm și 1,57 μm cu lungimi de undă similare nu pot interfera între ele.
2) Frecvența de repetiție a laserului trebuie să fie suficient de mare.Detectorul telemetrului răspunde la semnalul laser care ajunge la suprafața fotosensibilă numai atunci când intervalul este măsurat.Pentru a obține o interferență eficientă, impulsul de interferență ar trebui să se introducă cel puțin în poarta undei telemetrului cu 2 până la 3 impulsuri.Poarta de gamă care poate fi atinsă în prezent este de ordinul μs, deci laserul care interferează trebuie să aibă o frecvență mare de repetiție.Luând ca exemplu o distanță țintă de 3 km, timpul necesar pentru ca laserul să meargă înainte și înapoi o dată este de 20 μs.Dacă se introduc cel puțin 2 impulsuri, frecvența de repetiție a laserului trebuie să atingă 50 kHz.Dacă distanța minimă a telemetrului laser este de 300 m, frecvența de repetiție a bruiajului nu poate fi mai mică de 500 kHz.Doar laserele cu semiconductor și laserele cu fibră pot atinge o rată de repetiție atât de mare.
1.2 Interferențe supresoare și deteriorare a camerelor cu infraroșu cu unde scurte
Fiind componenta centrală a sistemului de imagistică în infraroșu cu unde scurte, camera infraroșu cu unde scurte are o gamă dinamică limitată de putere optică de răspuns a detectorului său cu plan focal InGaAs.Dacă puterea optică incidentă depășește limita superioară a intervalului dinamic, va apărea saturație, iar detectorul nu poate efectua imagini normale.Putere mai mare Laserul va provoca daune permanente detectorului.
Laserele semiconductoare cu putere de vârf continuă și joasă și laserele cu fibră cu frecvență mare de repetiție sunt potrivite pentru suprimarea continuă a interferențelor camerelor cu infraroșu cu unde scurte.Iradiați în mod continuu camera cu infraroșu cu unde scurte cu un laser.Datorită efectului de condensare de mărire mare al lentilei optice, zona atinsă de spotul difuzat cu laser pe planul focal InGaAs este sever saturată și, prin urmare, nu poate fi fotografiată în mod normal.Numai după ce iradierea laser este oprită pentru o perioadă de timp, performanța imaginii poate reveni treptat la normal.
Conform rezultatelor multor ani de cercetare și dezvoltare a produselor de contramăsuri active cu laser în benzile vizibile și în infraroșu apropiat și a testelor multiple de eficiență a deteriorării câmpului, numai laserele cu impulsuri scurte cu o putere maximă de megawați și mai mult pot provoca daune ireversibile televizorului. camere la o distanță de kilometri distanță.deteriora.Indiferent dacă efectul de deteriorare poate fi atins, puterea de vârf a laserului este cheia.Atâta timp cât puterea de vârf este mai mare decât pragul de deteriorare a detectorului, un singur impuls poate deteriora detectorul.Din perspectiva dificultății de proiectare a laserului, a disipării căldurii și a consumului de energie, frecvența de repetiție a laserului nu trebuie să atingă neapărat rata de cadre a camerei sau chiar mai mare, iar 10 Hz până la 20 Hz pot satisface aplicații reale de luptă.Desigur, camerele cu infraroșu cu unde scurte nu fac excepție.
Detectoarele cu plan focal InGaAs includ CCD-uri cu bombardament de electroni bazate pe fotocatozi de migrare a electronilor InGaAs/InP și CMOS dezvoltat ulterior.Pragurile lor de saturație și deteriorare sunt în același ordin de mărime ca și CCD/CMOS bazați pe Si, dar detectoarele bazate pe InGaAs/InP nu au fost încă obținute.Datele privind pragul de saturație și deteriorare ale CCD/COMS.
În conformitate cu starea actuală a laserelor cu infraroșu cu unde scurte în țară și în străinătate, laserul cu stare solidă cu frecvență repetitivă de 1,57 μm bazat pe OPO este încă cea mai bună alegere pentru deteriorarea laserului la CCD/COMS.Performanța sa ridicată de penetrare atmosferică și puterea de vârf ridicată cu laser cu impuls scurt Acoperirea spotului de lumină și caracteristicile eficiente ale unui singur impuls sunt evidente pentru puterea de ucidere moale a sistemului optoelectronic pe distanțe lungi echipat cu camere cu infraroșu cu unde scurte.
2 .Concluzie
Laserele cu infraroșu cu undă scurtă cu lungimi de undă între 1,1 μm și 1,7 μm au o transmisie atmosferică mare și o capacitate puternică de a pătrunde în ceață, ploaie, zăpadă, fum, nisip și praf.Este invizibil pentru echipamentele tradiționale de vedere pe timp de noapte cu lumină scăzută.Laserul din banda de 1,4 μm până la 1,6 μm este sigur pentru ochiul uman și are caracteristici distinctive, cum ar fi un detector matur cu o lungime de undă de răspuns de vârf în acest interval și a devenit o direcție importantă de dezvoltare pentru aplicațiile militare cu laser.
Această lucrare analizează caracteristicile tehnice și status quo-ul a patru lasere cu infraroșu cu undă scurtă tipice, inclusiv lasere cu semiconductor cu fosfor, lasere cu fibră dopate cu Er, lasere cu stare solidă dopate cu Er și lasere cu stare solidă bazate pe OPO și rezumă utilizarea a acestor lasere infraroșii cu unde scurte în recunoaștere activă fotoelectrică.Aplicații tipice în anti-recunoaștere.
1) Laserele cu semiconductor cu fosfor cu frecvență de înaltă repetiție și laserele cu fibră dopate cu Er sunt utilizate în principal pentru iluminarea auxiliară pentru supravegherea stealth pe distanțe lungi și pentru a ținti noaptea și pentru a suprima interferența camerelor inamice cu infraroșu cu unde scurte.Laserele cu semiconductor cu fosfor cu impulsuri scurte de mare repetiție și laserele cu fibră dopate cu Er sunt, de asemenea, surse de lumină ideale pentru sistemele cu mai multe impulsuri pentru protecția ochilor, radarul de imagistică cu scanare cu laser și interferența de înșelăciune a distanței cu telemetrul cu laser pentru siguranța ochilor.
2) Laserele cu stare solidă bazate pe OPO, cu o rată scăzută de repetiție, dar cu o putere maximă de megawați sau chiar zece megawați, pot fi utilizate pe scară largă în radarele de imagistică cu blitz, observarea cu laser la distanță lungă pe timp de noapte, deteriorarea laserului infraroșu cu unde scurte și mod tradițional ochi umani de la distanță Dispoziție laser de siguranță.
3) Laserul miniatural din sticlă Er este una dintre direcțiile cu cea mai rapidă creștere a laserelor infraroșii cu unde scurte în ultimii ani.Puterea curentă și nivelurile de frecvență de repetare pot fi utilizate în telemetrul laser miniatural de siguranță pentru ochi.În timp, odată ce puterea maximă atinge nivelul de megawați, aceasta poate fi utilizată pentru radar de imagistică cu blitz, pentru observarea cu porți laser și pentru deteriorarea laserului camerelor cu infraroșu cu unde scurte.
4) Laserul Er:YAG pompat cu diode care ascunde dispozitivul de avertizare laser este direcția de dezvoltare principală a laserelor infraroșii cu unde scurte de mare putere.Are un potențial mare de aplicare în flash-lidar, observare pe distanțe lungi cu laser pe timp de noapte și daune laser.
În ultimii ani, deoarece sistemele de arme au cerințe din ce în ce mai mari pentru integrarea sistemelor optoelectronice, echipamentele laser mici și ușoare au devenit o tendință inevitabilă în dezvoltarea echipamentelor laser.Laserele semiconductoare, laserele cu fibră și laserele miniaturale cu dimensiuni mici, greutate redusă și consum redus de energie Laserele din sticlă Er au devenit direcția principală a dezvoltării laserelor infraroșii cu unde scurte.În special, laserele cu fibră cu o calitate bună a fasciculului au un potențial mare de aplicare în iluminatul auxiliar pe timp de noapte, supravegherea și țintirea ascunsă, scanarea lidar imagistică și interferența suprimarii laserului.Cu toate acestea, puterea/energia acestor trei tipuri de lasere mici și ușoare este în general scăzută și poate fi utilizată numai pentru unele aplicații de recunoaștere cu rază scurtă de acțiune și nu poate satisface nevoile de recunoaștere pe distanță lungă și recunoaștere contra.Prin urmare, accentul dezvoltării este creșterea puterii/energiei laserului.
Laserele cu stare solidă bazate pe OPO au o calitate bună a fasciculului și o putere de vârf ridicată, iar avantajele lor în observarea pe distanță lungă, radarul cu imagini flash și deteriorarea laserului sunt încă foarte evidente, iar energia de ieșire a laserului și frecvența de repetiție a laserului ar trebui crescute în continuare. .Pentru laserele Er:YAG pompate cu diode, dacă energia impulsului este crescută în timp ce lățimea impulsului este comprimată în continuare, aceasta va deveni cea mai bună alternativă la laserele cu stare solidă OPO.Are avantaje în observarea la distanță lungă, radarul cu imagini flash și deteriorarea laserului.Potențial mare de aplicare.
Mai multe informații despre produse, puteți veni să vizitați site-ul nostru:
https://www.erbiumtechnology.com/
E-mail:devin@erbiumtechnology.com
WhatsApp: +86-18113047438
Fax: +86-2887897578
Adăugați: No.23, Chaoyang road, Xihe street, Longquanyi distrcit, Chengdu,610107, China.
Ora actualizării: Mar-02-2022
