Zgodnie z różnym mechanizmem generowania krótkofalowych laserów na podczerwień, istnieją trzy rodzaje krótkofalowych laserów na podczerwień, a mianowicie lasery półprzewodnikowe, lasery światłowodowe i lasery na ciele stałym.Wśród nich lasery na ciele stałym można podzielić na lasery na ciele stałym oparte na optycznej nieliniowej konwersji długości fali oraz lasery na ciele stałym, które bezpośrednio generują krótkofalowe lasery podczerwone z laserowych materiałów roboczych.
Lasery półprzewodnikowe wykorzystują materiały półprzewodnikowe jako materiały do obróbki laserowej, a wyjściowa długość fali lasera jest określana przez pasmo wzbronione materiałów półprzewodnikowych.Wraz z rozwojem materiałoznawstwa pasma energetyczne materiałów półprzewodnikowych można dostosować do szerszego zakresu długości fal lasera za pomocą inżynierii pasm energetycznych.Dlatego za pomocą laserów półprzewodnikowych można uzyskać wiele długości fal krótkofalowych laserów podczerwonych.
Typowym materiałem roboczym lasera półprzewodnikowego lasera półprzewodnikowego na podczerwień jest materiał luminoforowy.Na przykład laser półprzewodnikowy z fosforku indu o wielkości apertury 95 μm ma wyjściowe długości fali lasera 1,55 μm i 1,625 μm, a moc osiągnęła 1,5 W.
Laser światłowodowy wykorzystuje włókno szklane domieszkowane metalami ziem rzadkich jako medium laserowe i laser półprzewodnikowy jako źródło pompy.Ma doskonałe właściwości, takie jak niski próg, wysoka wydajność konwersji, dobra jakość wiązki wyjściowej, prosta konstrukcja i wysoka niezawodność.Może również wykorzystać szerokie spektrum promieniowania jonów metali ziem rzadkich do stworzenia przestrajalnego lasera światłowodowego poprzez dodanie selektywnych elementów optycznych, takich jak siatki w rezonatorze laserowym.Lasery światłowodowe stały się ważnym kierunkiem rozwoju technologii laserowej.
1. Laser na ciele stałym
Półprzewodnikowe nośniki wzmocnienia laserowego, które mogą bezpośrednio generować krótkofalowe lasery podczerwone, to głównie kryształy i ceramika Er: YAG oraz szkło z domieszką Er.Laser na ciele stałym oparty na krysztale i ceramice Er:YAG może bezpośrednio emitować krótkofalowy laser podczerwony o długości fali 1,645 μm, który jest gorącym punktem w badaniach krótkofalowego lasera podczerwonego w ostatnich latach [3-5].Obecnie energia impulsu laserów Er:YAG wykorzystujących elektrooptyczne lub akustyczno-optyczne Q-switching sięga kilku do kilkudziesięciu mJ, szerokość impulsu kilkudziesięciu ns i częstotliwość powtarzania od kilkudziesięciu do tysięcy Hz.Jeśli jako źródło pompy zostanie użyty laser półprzewodnikowy 1,532 μm, będzie to miało duże zalety w dziedzinie aktywnego rozpoznania laserowego i laserowych środków zaradczych, zwłaszcza efekt ukrycia typowych laserowych urządzeń ostrzegawczych.
Laser szklany Er ma zwartą strukturę, niski koszt, niewielką wagę i może realizować operację z przełączaniem Q.Jest to preferowane źródło światła do aktywnego wykrywania krótkofalowego lasera na podczerwień.Jednak ze względu na cztery wady materiałów ze szkła Er: po pierwsze, centralna długość fali widma absorpcyjnego wynosi 940 nm lub 976 nm, co utrudnia osiągnięcie pompowania lampy;Po drugie, przygotowanie materiałów ze szkła Er jest trudne i nie jest łatwo wykonać duże rozmiary;Po trzecie, szkło Er Materiał ma słabe właściwości termiczne i nie jest łatwo osiągnąć powtarzalną częstotliwość pracy przez długi czas, nie mówiąc już o ciągłej pracy;po czwarte, nie ma odpowiedniego materiału Q-switching.Chociaż badania krótkofalowego lasera na podczerwień opartego na szkle Er zawsze przyciągały uwagę ludzi, z powyższych czterech powodów żaden produkt nie wyszedł.Do 1990 roku, wraz z pojawieniem się półprzewodnikowych prętów laserowych o długości fali 940 nm i 980 nm oraz pojawieniem się nasyconych materiałów absorpcyjnych, takich jak Co2+:MgAl2O4 (glinian magnezu domieszkowany kobaltem), dwa główne wąskie gardła źródła pompującego i przełączania Q zostały podzielone.Badania nad laserami szklanymi rozwijały się bardzo szybko.Zwłaszcza w ostatnich latach miniaturowy moduł lasera ze szkła Er w moim kraju, który integruje półprzewodnikowe źródło pompy, szkło Er i wnękę rezonansową, waży nie więcej niż 10 g i ma małą zdolność produkcyjną partii modułów mocy szczytowej 50 kW.Jednak ze względu na słabą wydajność cieplną szkła Er częstotliwość powtarzania modułu laserowego jest nadal stosunkowo niska.Częstotliwość lasera modułu 50 kW wynosi tylko 5 Hz, a maksymalna częstotliwość lasera modułu 20 kW wynosi 10 Hz, co może być używane tylko w zastosowaniach o niskiej częstotliwości.
Moc wyjściowa lasera 1,064 μm przez laser pulsacyjny Nd:YAG ma moc szczytową do megawatów.Kiedy tak silne spójne światło przechodzi przez pewne specjalne materiały, jego fotony są nieelastycznie rozpraszane na cząsteczkach materiału, to znaczy fotony są absorbowane i wytwarzane fotony o stosunkowo niskiej częstotliwości.Istnieją dwa rodzaje substancji, które mogą osiągnąć ten efekt konwersji częstotliwości: jeden to nieliniowe kryształy, takie jak KTP, LiNbO3 itp.;drugi to gaz pod wysokim ciśnieniem, taki jak H2.Umieść je w optycznej wnęce rezonansowej, aby utworzyć optyczny oscylator parametryczny (OPO).
OPO oparte na gazie pod wysokim ciśnieniem zwykle odnosi się do parametrycznego oscylatora światła stymulowanego rozpraszania Ramana.Światło pompy jest częściowo pochłaniane i generuje falę świetlną o niskiej częstotliwości.Dojrzały laser ramanowski wykorzystuje laser 1,064 μm do pompowania gazu H2 pod wysokim ciśnieniem w celu uzyskania krótkofalowego lasera podczerwonego 1,54 μm.
OBRAZEK 1
Typowym zastosowaniem krótkofalowego systemu GV na podczerwień jest obrazowanie dalekiego zasięgu w nocy.Oświetlacz laserowy powinien być krótkoimpulsowym krótkofalowym laserem podczerwonym o dużej mocy szczytowej, a jego częstotliwość powtarzania powinna być zgodna z częstotliwością klatek stroboskopowej kamery.Zgodnie z aktualnym stanem krótkofalowych laserów podczerwonych w kraju i za granicą, najlepszym wyborem są pompowane diodowo lasery Er:YAG i oparte na OPO lasery na ciele stałym 1,57 μm.Częstotliwość powtarzania i moc szczytowa miniaturowego lasera ze szkła Er wciąż wymagają poprawy.3.Zastosowanie krótkofalowego lasera podczerwonego w antyrozpoznawczym fotoelektryku
Istotą przeciwrozpoznawczego lasera na podczerwień krótkofalową jest napromieniowanie wiązkami lasera podczerwonego krótkofalowego optoelektronicznego sprzętu rozpoznawczego wroga, pracującego w paśmie podczerwieni krótkofalowej, tak aby mógł on uzyskać błędne informacje o celu lub nie mógł normalnie pracować, a nawet detektor jest uszkodzony.Istnieją dwie typowe metody przeciwdziałania rozpoznaniu lasera na krótkofalową podczerwień, a mianowicie interferencja oszukańcza na odległość dla bezpiecznego dla ludzkiego oka dalmierza laserowego oraz tłumienie uszkodzenia krótkofalowej kamery na podczerwień.
1.1 Zakłócenia oszukańcze na odległość dla dalmierza laserowego bezpieczeństwa ludzkiego oka
Pulsacyjny dalmierz laserowy przelicza odległość między celem a celem na podstawie przedziału czasu impulsu laserowego przechodzącego tam iz powrotem między punktem wystrzelenia a celem.Jeśli detektor dalmierza odbierze inne impulsy laserowe, zanim odbity sygnał echa celu dotrze do punktu startu, zatrzyma odmierzanie czasu, a przeliczona odległość nie jest rzeczywistą odległością celu, ale mniejszą niż rzeczywista odległość celu.Fałszywa odległość, która ma na celu oszukanie odległości dalmierza.W przypadku bezpiecznych dla oczu dalmierzy laserowych można zastosować krótkofalowe lasery impulsowe na podczerwień o tej samej długości fali, aby wprowadzić interferencję oszustwa na odległość.
Laser, który wprowadza interferencję złudzenia odległości przez dalmierz, symuluje rozproszone odbicie celu od lasera, więc moc szczytowa lasera jest bardzo niska, ale należy spełnić następujące dwa warunki:
1) Długość fali lasera musi być taka sama jak długość fali roboczej zakłócanego dalmierza.Filtr interferencyjny jest zainstalowany przed detektorem dalmierzowym, a pasmo przenoszenia jest bardzo wąskie.Lasery o długości fali innej niż robocza nie mogą dotrzeć do światłoczułej powierzchni detektora.Nawet lasery 1,54 μm i 1,57 μm o podobnych długościach fal nie mogą ze sobą interferować.
2) Częstotliwość powtarzania lasera musi być wystarczająco wysoka.Detektor dalmierzowy reaguje na sygnał laserowy docierający do jego światłoczułej powierzchni tylko wtedy, gdy mierzony jest zasięg.Aby uzyskać skuteczną interferencję, impuls interferencyjny powinien wcisnąć się do bramki falowej dalmierza co najmniej 2 do 3 impulsów.Bramka zasięgu, którą można obecnie osiągnąć, jest rzędu μs, więc laser zakłócający musi mieć wysoką częstotliwość powtarzania.Biorąc za przykład odległość celu wynoszącą 3 km, czas potrzebny na jednokrotne przejście lasera tam iz powrotem wynosi 20 μs.Jeżeli wprowadzone zostaną co najmniej 2 impulsy, częstotliwość powtarzania lasera musi osiągnąć 50 kHz.Jeżeli minimalny zasięg dalmierza laserowego wynosi 300 m, częstotliwość powtarzania zagłuszacza nie może być mniejsza niż 500 kHz.Tylko lasery półprzewodnikowe i lasery światłowodowe mogą osiągnąć tak wysoką częstotliwość powtarzania.
1.2 Zakłócenia tłumiące i uszkodzenia krótkofalowych kamer termowizyjnych
Jako podstawowy element krótkofalowego systemu obrazowania w podczerwieni krótkofalowa kamera na podczerwień ma ograniczony dynamiczny zakres mocy optycznej odpowiedzi detektora płaszczyzny ogniskowej InGaAs.Jeśli padająca moc optyczna przekroczy górną granicę zakresu dynamicznego, nastąpi nasycenie i detektor nie będzie mógł wykonać normalnego obrazowania.Większa moc Laser spowoduje trwałe uszkodzenie detektora.
Ciągłe i niskoszczytowe lasery półprzewodnikowe oraz lasery światłowodowe o wysokiej częstotliwości powtarzania są odpowiednie do ciągłego tłumienia zakłóceń krótkofalowych kamer termowizyjnych.Stale naświetlaj krótkofalową kamerę na podczerwień laserem.Ze względu na efekt kondensacji soczewki optycznej przy dużym powiększeniu, obszar, do którego dociera punkt rozproszenia lasera na płaszczyźnie ogniskowej InGaAs, jest mocno nasycony i dlatego nie można go normalnie obrazować.Dopiero po zatrzymaniu napromieniowania laserowego na pewien czas wydajność obrazowania może stopniowo powrócić do normy.
Zgodnie z wynikami wieloletnich badań i prac rozwojowych nad laserowymi aktywnymi produktami zaradczymi w paśmie widzialnym i bliskiej podczerwieni oraz wielokrotnymi testami skuteczności niszczenia pola, tylko lasery krótkoimpulsowe o mocy szczytowej megawatów i większej mogą spowodować nieodwracalne uszkodzenia telewizora kamery w odległości kilku kilometrów.szkoda.Czy uda się osiągnąć efekt uszkodzenia, kluczem jest szczytowa moc lasera.Dopóki moc szczytowa jest wyższa niż próg uszkodzenia czujki, pojedynczy impuls może uszkodzić czujkę.Z punktu widzenia trudności w projektowaniu lasera, rozpraszania ciepła i zużycia energii częstotliwość powtarzania lasera niekoniecznie musi osiągać liczbę klatek na sekundę kamery lub nawet wyższą, a od 10 Hz do 20 Hz może sprostać rzeczywistym zastosowaniom bojowym.Oczywiście krótkofalowe kamery na podczerwień nie są wyjątkiem.
Detektory płaszczyzny ogniskowej InGaAs obejmują CCD bombardujące elektronami oparte na fotokatodach migracji elektronów InGaAs / InP i opracowanym później CMOS.Ich progi nasycenia i uszkodzenia są tego samego rzędu wielkości, co matryce CCD/CMOS oparte na Si, ale detektory oparte na InGaAs/InP nie zostały jeszcze uzyskane.Dane progowe nasycenia i uszkodzenia CCD/COMS.
Zgodnie z obecnym stanem krótkofalowych laserów na podczerwień w kraju i za granicą, laser na ciele stałym o powtarzalnej częstotliwości 1,57 μm oparty na OPO jest nadal najlepszym wyborem do uszkodzenia laserowego CCD/COMS.Jego wysoka penetracja atmosferyczna i laser krótkoimpulsowy o dużej mocy szczytowej. Pokrycie plamki świetlnej i efektywne właściwości pojedynczego impulsu są oczywiste dla miękkiej mocy zabijania systemu optoelektronicznego dalekiego zasięgu wyposażonego w krótkofalowe kamery na podczerwień.
2. Wniosek
Krótkofalowe lasery podczerwone o długości fali od 1,1 μm do 1,7 μm mają wysoką przepuszczalność atmosferyczną i dużą zdolność penetracji mgły, deszczu, śniegu, dymu, piasku i pyłu.Jest niewidoczny dla tradycyjnego sprzętu noktowizyjnego o słabym oświetleniu.Laser w paśmie od 1,4 μm do 1,6 μm jest bezpieczny dla ludzkiego oka i ma charakterystyczne cechy, takie jak dojrzały detektor o szczytowej długości fali odpowiedzi w tym zakresie i stał się ważnym kierunkiem rozwoju laserowych zastosowań wojskowych.
W artykule przeanalizowano właściwości techniczne i status quo czterech typowych krótkofalowych laserów podczerwonych, w tym półprzewodnikowych laserów luminoforowych, laserów światłowodowych z domieszką Er, laserów na ciele stałym z domieszką Er i laserów na ciele stałym opartych na OPO, oraz podsumowano zastosowanie tych krótkofalowych laserów podczerwonych w aktywnym rozpoznaniu fotoelektrycznym.Typowe zastosowania w zwalczaniu rozpoznania.
1) Ciągłe i niskoszczytowe lasery półprzewodnikowe z luminoforem o wysokiej częstotliwości powtarzania i lasery światłowodowe z domieszką Er są używane głównie do oświetlenia pomocniczego do obserwacji z ukrycia na duże odległości i celowania w nocy oraz tłumienia zakłóceń w krótkofalowych kamerach na podczerwień wroga.Półprzewodnikowe lasery luminoforowe o wysokiej powtarzalności i krótkich impulsach oraz lasery światłowodowe z domieszką Er są również idealnymi źródłami światła dla systemów wieloimpulsowych do pomiaru odległości w celu zapewnienia bezpieczeństwa oczu, skanowania laserowego radaru obrazującego i wykrywania zakłóceń odległości przez dalmierz laserowy bezpieczeństwa oczu.
2) Lasery na ciele stałym oparte na OPO o niskiej częstotliwości powtarzania, ale o szczytowej mocy rzędu megawatów lub nawet dziesięciu megawatów, mogą być szeroko stosowane w radarach z obrazowaniem błyskowym, dalekosiężnych obserwacjach bramkowania laserowego w nocy, krótkofalowych uszkodzeniach laserów podczerwonych i Tryb tradycyjny zdalne ludzkie oczy Bezpieczny zasięg lasera.
3) Miniaturowy laser szklany Er jest jednym z najszybciej rozwijających się kierunków krótkofalowych laserów podczerwonych w ostatnich latach.Bieżące poziomy mocy i częstotliwości powtarzania można wykorzystać w miniaturowych dalmierzach laserowych do ochrony oczu.Z czasem, gdy moc szczytowa osiągnie poziom megawatów, może być wykorzystana do radaru obrazującego z lampą błyskową, obserwacji bramkowania laserowego i laserowego uszkodzenia krótkofalowych kamer na podczerwień.
4) Pompowany diodowo laser Er:YAG, który ukrywa laserowe urządzenie ostrzegawcze, jest głównym kierunkiem rozwoju krótkofalowych laserów podczerwonych dużej mocy.Ma ogromny potencjał zastosowań w lidarach flash, dalekosiężnych obserwacjach bramkowania laserowego w nocy i uszkodzeniach laserowych.
W ostatnich latach, gdy systemy uzbrojenia mają coraz większe wymagania dotyczące integracji systemów optoelektronicznych, mały i lekki sprzęt laserowy stał się nieuniknionym trendem w rozwoju sprzętu laserowego.Lasery półprzewodnikowe, lasery światłowodowe oraz lasery miniaturowe o niewielkich rozmiarach, masie i niskim poborze mocy Lasery ze szkła Er stały się głównym kierunkiem rozwoju krótkofalowych laserów podczerwonych.W szczególności lasery światłowodowe o dobrej jakości wiązki mają ogromny potencjał zastosowań w nocnym oświetleniu pomocniczym, niewidzialnym nadzorze i celowaniu, skaningowym obrazowaniu lidarowym oraz tłumieniu zakłóceń laserowych.Jednak moc/energia tych trzech typów małych i lekkich laserów jest generalnie niska i może być używana tylko do niektórych zastosowań rozpoznawczych krótkiego zasięgu i nie może zaspokoić potrzeb rozpoznania dalekiego zasięgu i kontrrozpoznania.Dlatego celem rozwoju jest zwiększenie mocy/energii lasera.
Lasery na ciele stałym oparte na OPO mają dobrą jakość wiązki i wysoką moc szczytową, a ich zalety w obserwacjach bramkowanych na duże odległości, radarach z obrazowaniem flash i uszkodzeniach lasera są nadal bardzo oczywiste, a energia wyjściowa lasera i częstotliwość powtarzania lasera powinny być dalej zwiększane .W przypadku laserów Er:YAG pompowanych diodami, jeśli energia impulsu zostanie zwiększona, a szerokość impulsu zostanie dodatkowo skompresowana, stanie się najlepszą alternatywą dla laserów na ciele stałym OPO.Ma zalety w obserwacjach bramkowanych na duże odległości, radarach obrazujących z lampą błyskową i uszkodzeniach laserowych.Duży potencjał aplikacji.
Więcej informacji o produkcie, możesz odwiedzić naszą stronę internetową:
https://www.erbiumtechnology.com/
E-mail:devin@erbiumtechnology.com
WhatsApp: +86-18113047438
Faks: +86-2887897578
Dodaj: nr 23, droga Chaoyang, ulica Xihe, dystrykt Longquanyi, Chengdu, 610107, Chiny.
Czas aktualizacji: marzec-02-2022
