Prema različitim mehanizmima generiranja kratkovalnih infracrvenih lasera, postoje tri vrste kratkovalnih infracrvenih lasera, naime poluvodički laseri, laseri s vlaknima i laseri u čvrstom stanju.Među njima, solid-state laseri mogu se podijeliti na solid-state lasere temeljene na optičkoj nelinearnoj pretvorbi valne duljine i solid-state lasere koji izravno generiraju kratkovalne infracrvene lasere iz laserskih radnih materijala.
Poluvodički laseri koriste poluvodičke materijale kao radne materijale za lasere, a izlazna valna duljina lasera određena je zabranjenim pojasom poluvodičkih materijala.S razvojem znanosti o materijalima, energetski pojasevi poluvodičkih materijala mogu se prilagoditi širem rasponu laserskih valnih duljina kroz inženjering energetskih pojaseva.Stoga se s poluvodičkim laserima može dobiti više kratkovalnih infracrvenih laserskih valnih duljina.
tipičan laserski radni materijal kratkovalnog infracrvenog poluvodičkog lasera je fosforni materijal.Na primjer, poluvodički laser s indijevim fosfidom s veličinom otvora blende od 95 μm ima izlazne valne duljine lasera od 1,55 μm i 1,625 μm, a snaga je dosegla 1,5 W.
Fiber laser koristi staklena vlakna dopirana rijetkim zemljama kao laserski medij i poluvodički laser kao izvor pumpe.Ima izvrsne karakteristike kao što su niski prag, visoka učinkovitost pretvorbe, dobra kvaliteta izlaznog snopa, jednostavna struktura i visoka pouzdanost.Također može iskoristiti prednost širokog spektra zračenja iona rijetke zemlje za formiranje podesivog vlaknastog lasera dodavanjem selektivnih optičkih elemenata kao što su rešetke u laserski rezonator.Svjetlovodni laseri postali su važan smjer u razvoju laserske tehnologije.
1. Solid-state laser
Medij za lasersko pojačanje u čvrstom stanju koji može izravno generirati kratkovalne infracrvene lasere uglavnom su Er: YAG kristali i keramika te staklo dopirano Er.Laser u čvrstom stanju temeljen na Er:YAG kristalu i keramici može izravno emitirati 1,645 μm kratkovalni infracrveni laser, koji je vruća točka u istraživanju kratkovalnog infracrvenog lasera posljednjih godina [3-5].Trenutačno je energija pulsa Er: YAG lasera koji koriste elektro-optičko ili akusto-optičko Q-sklopanje dosegla nekoliko do desetaka mJ, širinu impulsa od desetaka ns i frekvenciju ponavljanja od desetaka do tisuća Hz.Ako se poluvodički laser od 1,532 μm koristi kao izvor pumpe, imat će velike prednosti u području laserskog aktivnog izviđanja i laserskih protumjera, posebice njegov prikriveni učinak na tipične laserske uređaje za upozorenje.
Er stakleni laser ima kompaktnu strukturu, nisku cijenu, malu težinu i može ostvariti rad s Q-sklopkom.To je preferirani izvor svjetlosti za aktivno otkrivanje kratkovalnog infracrvenog lasera.Međutim, zbog četiri nedostatka materijala od Er stakla: Prvo, središnja valna duljina apsorpcijskog spektra je 940 nm ili 976 nm, što otežava postizanje pumpanja lampe;Drugo, priprema materijala od Er stakla je teška i nije lako napraviti velike veličine;Treće, Er staklo. Materijal ima loša toplinska svojstva i nije lako postići ponavljajući rad frekvencije dugo vremena, a kamoli kontinuirani rad;četvrto, ne postoji odgovarajući materijal za Q-sklopku.Iako je istraživanje kratkovalnog infracrvenog lasera temeljenog na Er staklu uvijek privlačilo pozornost ljudi, zbog gore navedena četiri razloga, nijedan proizvod nije izašao.Do 1990., s pojavom poluvodičkih laserskih šipki s valnim duljinama od 940 nm i 980 nm, i pojavom zasićenih apsorpcijskih materijala kao što je Co2+:MgAl2O4 (kobaltom dopiran magnezijev aluminat), dva glavna uska grla izvora pumpe i Q-sklopke bili slomljeni.Istraživanja staklenih lasera brzo su se razvila.Posebno posljednjih godina, minijaturni laserski modul od Er stakla u mojoj zemlji, koji integrira izvor poluvodičke pumpe, Er staklo i rezonantnu šupljinu, teži ne više od 10 g i ima proizvodni kapacitet male serije od modula vršne snage od 50 kW.Međutim, zbog loših toplinskih svojstava materijala od Er stakla, frekvencija ponavljanja laserskog modula još uvijek je relativno niska.Frekvencija lasera modula od 50 kW je samo 5 Hz, a maksimalna frekvencija lasera modula od 20 kW je 10 Hz, što se može koristiti samo u niskofrekventnim aplikacijama.
Laserski izlaz od 1,064 μm Nd:YAG pulsirajućeg lasera ima vršnu snagu do megavata.Kada tako jaka koherentna svjetlost prolazi kroz neke posebne materijale, njeni fotoni se neelastično raspršuju na molekulama materijala, odnosno fotoni se apsorbiraju i proizvode relativno niskofrekventne fotone.Postoje dvije vrste tvari koje mogu postići ovaj učinak pretvorbe frekvencije: jedna su nelinearni kristali, kao što su KTP, LiNbO3, itd.;drugi je plin pod visokim pritiskom kao što je H2.Postavite ih u optičku rezonantnu šupljinu kako biste formirali optički parametarski oscilator (OPO).
OPO temeljen na visokotlačnom plinu obično se odnosi na parametarski oscilator stimuliranog Ramanovog raspršenja svjetlosti.Svjetlo pumpe se djelomično apsorbira i stvara niskofrekventni svjetlosni val.Zreli Ramanov laser koristi laser od 1,064 μm za pumpanje visokotlačnog plina H2 kako bi se dobio kratkovalni infracrveni laser od 1,54 μm.
SLIKA 1
Tipična primjena kratkovalnog infracrvenog GV sustava je snimanje na velikim udaljenostima noću.Laserski iluminator trebao bi biti kratkovalni infracrveni laser s kratkim pulsom i velikom vršnom snagom, a njegova frekvencija ponavljanja trebala bi biti u skladu s frekvencijom okvira stroboskopske kamere.Prema trenutačnom statusu kratkovalnih infracrvenih lasera u zemlji i inozemstvu, Er: YAG laseri s diodnom pumpom i OPO-bazirani 1,57 μm solid-state laseri najbolji su izbor.Frekvenciju ponavljanja i vršnu snagu minijaturnog lasera od Er stakla još treba poboljšati.3.Primjena kratkovalnog infracrvenog lasera u fotoelektričnom protuizviđanju
Bit kratkovalnog infracrvenog laserskog protuizviđanja je da se kratkovalnim infracrvenim laserskim zrakama ozrači neprijateljska optoelektronička izvidnička oprema koja radi u kratkovalnom infracrvenom pojasu, tako da dobije pogrešnu informaciju o cilju ili ne može normalno raditi, ili čak detektor je oštećen.Postoje dvije tipične kratkovalne infracrvene laserske protuizviđačke metode, naime smetnje varanja udaljenosti laserskom daljinomjeru sigurnom za ljudsko oko i suzbijanje oštećenja kratkovalne infracrvene kamere.
1.1 Smetnje varanja udaljenosti sigurnosnom laserskom daljinomjeru ljudskog oka
Impulsni laserski daljinomjer pretvara udaljenost između mete i mete vremenskim intervalom laserskog pulsa koji ide naprijed-natrag između točke lansiranja i mete.Ako detektor daljinomjera primi druge laserske impulse prije nego reflektirani eho signal cilja dosegne točku lansiranja, zaustavit će mjerenje vremena, a pretvorena udaljenost nije stvarna udaljenost cilja, već manja od stvarne udaljenosti cilja.Lažna udaljenost, kojom se postiže svrha zavaravanja udaljenosti daljinomjera.Za laserske daljinomjere sigurne za oči, kratkovalni infracrveni pulsni laseri iste valne duljine mogu se koristiti za implementaciju smetnji za varanje udaljenosti.
Laser koji implementira smetnje obmanjivanja udaljenosti daljinomjera simulira difuznu refleksiju cilja od lasera, tako da je vršna snaga lasera vrlo niska, ali moraju biti ispunjena sljedeća dva uvjeta:
1) Valna duljina lasera mora biti ista kao radna valna duljina interferiranog daljinomjera.Ispred detektora daljinomjera postavljen je filtar za smetnje, a propusni opseg je vrlo uzak.Laseri valnih duljina različitih od radne valne duljine ne mogu dosegnuti fotoosjetljivu površinu detektora.Čak ni laseri od 1,54 μm i 1,57 μm sa sličnim valnim duljinama ne mogu interferirati jedni s drugima.
2) Frekvencija laserskog ponavljanja mora biti dovoljno visoka.Detektor daljinomjera reagira na laserski signal koji dopire do njegove fotoosjetljive površine samo kada se izmjeri domet.Da bi se postigla učinkovita interferencija, impuls interferencije trebao bi ugurati najmanje 2 do 3 impulsa u valna vrata daljinomjera.Vrata dometa koja se trenutno mogu postići su reda veličine μs, tako da ometajući laser mora imati visoku frekvenciju ponavljanja.Uzimajući ciljnu udaljenost od 3 km kao primjer, vrijeme potrebno da se laser jednom vrati naprijed-natrag je 20 μs.Ako su unesena najmanje 2 impulsa, frekvencija ponavljanja lasera mora doseći 50 kHz.Ako je minimalni domet laserskog daljinomjera 300 m, frekvencija ponavljanja ometača ne može biti manja od 500 kHz.Samo poluvodički laseri i laseri s vlaknima mogu postići tako visoku stopu ponavljanja.
1.2 Supresivne smetnje i oštećenja kratkovalnih infracrvenih kamera
Kao ključna komponenta kratkovalnog infracrvenog sustava snimanja, kratkovalna infracrvena kamera ima ograničen dinamički raspon optičke snage odziva svog InGaAs detektora žarišne ravnine.Ako upadna optička snaga prijeđe gornju granicu dinamičkog raspona, doći će do zasićenja i detektor ne može izvesti normalno snimanje.Veća snaga Laser će trajno oštetiti detektor.
Poluvodički laseri s kontinuiranom i niskom vršnom snagom te vlaknasti laseri s visokom frekvencijom ponavljanja prikladni su za kontinuirano suzbijanje smetnji kratkovalnih infracrvenih kamera.Kontinuirano zračite kratkovalnu infracrvenu kameru laserom.Zbog kondenzacijskog učinka optičke leće velikog povećanja, područje dosegnuto laserskom difuznom točkom na žarišnoj ravnini InGaAs jako je zasićeno i stoga se ne može normalno prikazati.Tek nakon što se lasersko zračenje zaustavi na određeno vrijeme, performanse snimanja mogu se postupno vratiti u normalu.
Prema rezultatima dugogodišnjeg istraživanja i razvoja laserskih aktivnih proizvoda za protumjeru u vidljivom i bliskom infracrvenom pojasu i višestrukih testova učinkovitosti oštećenja na polju, samo kratko-pulsni laseri s vršnom snagom od megavata i više mogu prouzročiti nepovratna oštećenja na TV-u kamere na udaljenosti od kilometra.šteta.Može li se postići učinak oštećenja, vršna snaga lasera je ključna.Sve dok je vršna snaga veća od praga oštećenja detektora, jedan impuls može oštetiti detektor.Iz perspektive poteškoća u dizajnu lasera, rasipanja topline i potrošnje energije, frekvencija ponavljanja lasera ne mora nužno doseći broj sličica u sekundi kamere ili čak i više, a 10 Hz do 20 Hz može zadovoljiti stvarne borbene primjene.Naravno, kratkovalne infracrvene kamere nisu iznimka.
InGaAs detektori žarišne ravnine uključuju CCD-ove s elektronskim bombardiranjem temeljene na InGaAs/InP fotokatodama migracije elektrona i CMOS-u koji je kasnije razvijen.Njihovi pragovi zasićenja i oštećenja istog su reda veličine kao CCD/CMOS bazirani na Si, ali detektori temeljeni na InGaAs/InP još nisu dobiveni.Podaci o pragu zasićenja i oštećenja CCD/COMS-a.
Prema trenutačnom statusu kratkovalnih infracrvenih lasera u zemlji i inozemstvu, 1,57 μm repetitivna frekvencija čvrstog lasera temeljena na OPO još uvijek je najbolji izbor za lasersko oštećenje CCD/COMS.Njegove visoke performanse prodiranja u atmosferu i kratkopulsni laser velike vršne snage. Pokrivenost svjetlosnom točkom i učinkovite karakteristike pojedinačnog pulsa očite su za moć laganog ubijanja optoelektroničkog sustava na velikim udaljenostima opremljenog kratkovalnim infracrvenim kamerama.
2 .Zaključak
Kratkovalni infracrveni laseri s valnim duljinama između 1,1 μm i 1,7 μm imaju visoku atmosfersku propusnost i snažnu sposobnost prodiranja kroz izmaglicu, kišu, snijeg, dim, pijesak i prašinu.Nevidljiv je tradicionalnoj opremi za noćno osvjetljenje pri slabom osvjetljenju.Laser u pojasu od 1,4 μm do 1,6 μm siguran je za ljudsko oko i ima karakteristične značajke kao što je zreli detektor s vršnom odgovornom valnom duljinom u ovom rasponu, te je postao važan razvojni smjer za laserske vojne primjene.
Ovaj rad analizira tehničke karakteristike i status quo četiri tipična kratkovalna infracrvena lasera, uključujući fosforne poluvodičke lasere, lasere s vlaknima dopiranim Er-om, lasere u čvrstom stanju dopirane Er-om i lasere u čvrstom stanju na bazi OPO-a, te sažima upotrebu ovih kratkovalnih infracrvenih lasera u fotoelektričnom aktivnom izviđanju.Tipične primjene u protuizviđanju.
1) Fosforni poluvodički laseri s kontinuiranom i niskom vršnom snagom visoke frekvencije ponavljanja i laseri s vlaknima dopiranim Er uglavnom se koriste za pomoćnu rasvjetu za prikriveni nadzor na velikim udaljenostima i ciljanje noću te suzbijanje smetnji neprijateljskim kratkovalnim infracrvenim kamerama.Fosforni poluvodički laseri s kratkim impulsima s velikim ponavljanjem i vlaknasti laseri dopirani Er-om također su idealni izvori svjetlosti za sigurnosno određivanje udaljenosti za oči s višeimpulsnim sustavom, slikovni radar za lasersko skeniranje i sigurnosne smetnje udaljenosti laserskog daljinomjera za oči.
2) Solid-state laseri temeljeni na OPO-u s malom stopom ponavljanja, ali s vršnom snagom od megavata ili čak deset megavata mogu se naširoko koristiti u radarima za bljeskalicu, noćnom promatranju lasera na velikim udaljenostima, oštećenju kratkovalnog infracrvenog lasera i tradicionalni način daljinskog upravljanja ljudskim očima Sigurnosno lasersko određivanje udaljenosti.
3) Minijaturni laser od Er stakla jedan je od najbrže rastućih smjerova kratkovalnih infracrvenih lasera posljednjih godina.Trenutne razine snage i frekvencije ponavljanja mogu se koristiti u minijaturnim sigurnosnim laserskim daljinomjerima za oči.S vremenom, nakon što vršna snaga dosegne razinu megavata, može se koristiti za radar za bljeskalicu, promatranje laserskog usmjeravanja i lasersko oštećenje kratkovalnih infracrvenih kamera.
4) Er:YAG laser s diodnom pumpom koji skriva uređaj za upozorenje na laser glavni je smjer razvoja kratkovalnih infracrvenih lasera velike snage.Ima veliki potencijal primjene u flash lidaru, noćnom promatranju laserskog usmjeravanja na velikim udaljenostima i laserskim oštećenjima.
Posljednjih godina, kako oružani sustavi imaju sve veće zahtjeve za integraciju optoelektroničkih sustava, mala i lagana laserska oprema postala je neizbježan trend u razvoju laserske opreme.Poluvodički laseri, laseri s vlaknima i minijaturni laseri male veličine, male težine i male potrošnje energije Laseri od Er stakla postali su glavni smjer razvoja kratkovalnih infracrvenih lasera.Konkretno, vlaknasti laseri s dobrom kvalitetom snopa imaju veliki potencijal primjene u noćnoj pomoćnoj rasvjeti, nevidljivom nadzoru i ciljanju, lidaru za skeniranje slika i laserskom suzbijanju smetnji.Međutim, snaga/energija ove tri vrste malih i laganih lasera općenito je niska i mogu se koristiti samo za neke izviđačke primjene kratkog dometa i ne mogu zadovoljiti potrebe dugodometnog izviđanja i protuizviđanja.Stoga je fokus razvoja povećanje snage/energije lasera.
Solid-state laseri koji se temelje na OPO-u imaju dobru kvalitetu snopa i visoku vršnu snagu, a njihove prednosti u promatranju s vratima na velikim udaljenostima, radaru za bljeskalicu i oštećenju lasera još uvijek su vrlo očite, a izlazna energija lasera i frekvencija ponavljanja lasera trebaju se dodatno povećati .Za Er:YAG lasere s diodnom pumpom, ako se energija pulsa poveća dok se širina impulsa dodatno komprimira, postat će najbolja alternativa OPO laserima u čvrstom stanju.Ima prednosti u promatranju s vratima na velikim udaljenostima, radaru za bljeskalicu i oštećenju laserom.Veliki potencijal primjene.
Više informacija o proizvodu možete posjetiti našu web stranicu:
https://www.erbiumtechnology.com/
E-mail:devin@erbiumtechnology.com
WhatsApp: +86-18113047438
Faks: +86-2887897578
Dodaj: No.23, Chaoyang cesta, Xihe ulica, Longquanyi distrcit, Chengdu, 610107, Kina.
Vrijeme ažuriranja: 2. ožujka 2022
