Prema različitom generacionom mehanizmu kratkotalasnih infracrvenih lasera, postoje tri tipa kratkotalasnih infracrvenih lasera, a to su poluvodički laseri, laseri sa vlaknima i laseri u čvrstom stanju.Među njima, laseri u čvrstom stanju mogu se podijeliti na lasere u čvrstom stanju bazirane na optičkoj nelinearnoj konverziji talasnih dužina i lasere u čvrstom stanju koji direktno generišu kratkotalasne infracrvene lasere iz laserskih radnih materijala.
Poluprovodnički laseri koriste poluvodičke materijale kao laserske radne materijale, a izlazna talasna dužina lasera je određena razmakom pojasa poluvodičkih materijala.Sa razvojem nauke o materijalima, energetski pojasevi poluvodičkih materijala mogu se prilagoditi širem rasponu laserskih talasnih dužina kroz inženjering energetskih pojaseva.Zbog toga se poluvodičkim laserima može dobiti više talasnih dužina kratkotalasnog infracrvenog lasera.
Tipični laserski radni materijal kratkotalasnog infracrvenog poluprovodničkog lasera je fosforni materijal.Na primjer, poluvodički laser indijum fosfida sa veličinom otvora od 95 μm ima izlazne laserske talasne dužine od 1,55 μm i 1,625 μm, a snaga je dostigla 1,5 W.
Fiber laser koristi staklena vlakna dopirana rijetkim zemljom kao laserski medij i poluvodički laser kao izvor pumpe.Ima odlične karakteristike kao što su nizak prag, visoka efikasnost konverzije, dobar kvalitet izlaznog snopa, jednostavna struktura i visoka pouzdanost.Također može iskoristiti prednosti širokog spektra zračenja rijetkih zemljanih jona za formiranje podesivog laserskog vlakna dodavanjem selektivnih optičkih elemenata kao što su rešetke u laserskom rezonatoru.Fiber laseri su postali važan pravac u razvoju laserske tehnologije.
1.Solid-state laser
Pojačani medijumi lasera u čvrstom stanju koji mogu direktno generisati kratkotalasne infracrvene lasere su uglavnom Er: YAG kristali i keramika, i staklo dopirano Erom.Čvrsti laser baziran na Er:YAG kristalu i keramici može direktno da emituje kratkotalasni infracrveni laser od 1,645 μm, što je vruća tačka u istraživanju kratkotalasnog infracrvenog lasera poslednjih godina [3-5].Trenutno je energija impulsa Er:YAG lasera koji koriste elektro-optičko ili akusto-optičko Q-prekidanje dostigla nekoliko do desetina mJ, širinu impulsa od desetina ns i frekvenciju ponavljanja od desetina do hiljada Hz.Ako se kao izvor pumpe koristi poluvodički laser od 1,532 μm, on će imati velike prednosti u području laserskog aktivnog izviđanja i laserskih protumjera, posebno njegov prikriveni učinak na tipične laserske uređaje za upozorenje.
Er stakleni laser ima kompaktnu strukturu, nisku cijenu, malu težinu i može realizirati Q-switched rad.To je preferirani izvor svjetlosti za aktivnu detekciju kratkotalasnog infracrvenog lasera.Međutim, zbog četiri nedostatka materijala Er stakla: Prvo, centralna talasna dužina apsorpcionog spektra je 940 nm ili 976 nm, što otežava postizanje pumpanja lampe;Drugo, priprema materijala Er stakla je teška i nije lako napraviti velike veličine;Treće, Er staklo. Materijal ima loša termička svojstva i nije lako postići dugotrajan rad na frekvenciji, a kamoli kontinuirani rad;četvrto, ne postoji odgovarajući materijal za preklapanje Q.Iako je istraživanje kratkotalasnog infracrvenog lasera na bazi Er stakla oduvijek privlačilo pažnju ljudi, zbog navedena četiri razloga, nijedan proizvod nije izašao.Do 1990. godine, pojavom poluprovodničkih laserskih šipki sa talasnim dužinama od 940 nm i 980 nm, i pojavom zasićenih apsorpcionih materijala kao što su Co2+:MgAl2O4 (magnezijum aluminat dopiran kobaltom), dva glavna uska grla i Q-switch pumpe bili slomljeni.Istraživanja o staklenim laserima brzo su se razvila.Naročito poslednjih godina, minijaturni laserski modul od Er stakla u mojoj zemlji, koji integriše izvor poluprovodničke pumpe, Er staklo i rezonantnu šupljinu, teži ne više od 10 g i ima kapacitet proizvodnje male serije od 50 kW vršnih modula snage.Međutim, zbog loših termičkih performansi materijala Er stakla, frekvencija ponavljanja laserskog modula je još uvijek 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 aplikacijama niske frekvencije.
Laserski izlaz od 1,064 μm Nd:YAG impulsnog lasera ima vršnu snagu do megavata.Kada tako jaka koherentna svjetlost prođe kroz neke posebne materijale, njeni fotoni se neelastično raspršuju na molekulima materijala, odnosno fotoni se apsorbiraju i proizvode relativno niskofrekventne fotone.Postoje dvije vrste supstanci koje mogu postići ovaj efekat konverzije frekvencije: jedna su nelinearni kristali, kao što su KTP, LiNbO3, itd.;drugi je gas pod visokim pritiskom kao što je H2.Postavite ih u optičku rezonantnu šupljinu kako biste formirali optički parametarski oscilator (OPO).
OPO baziran na plinu pod visokim pritiskom obično se odnosi na parametarski oscilator stimuliranog Ramanovog raspršenja svjetlosti.Svjetlost pumpe se djelomično apsorbira i stvara svjetlosni talas niske frekvencije.Zreli Raman laser koristi laser od 1,064 μm za pumpanje plina H2 pod visokim pritiskom kako bi se dobio kratkotalasni infracrveni laser od 1,54 μm.
SLIKA 1
Tipična primena kratkotalasnog infracrvenog GV sistema je snimanje na velikim udaljenostima noću.Laserski osvetljivač treba da bude kratkotalasni kratkotalasni infracrveni laser velike vršne snage, a njegova frekvencija ponavljanja treba da bude u skladu sa frekvencijom kadra strobirane kamere.Prema trenutnom statusu kratkotalasnih infracrvenih lasera u zemlji i inostranstvu, Er:YAG laseri sa diodnom pumpom i OPO-based 1,57 μm solid-state laseri su najbolji izbor.Frekvenciju ponavljanja i vršnu snagu minijaturnog Er staklenog lasera još treba poboljšati.3.Primena kratkotalasnog infracrvenog lasera u fotoelektričnom protivizviđanju
Suština kratkotalasnog infracrvenog laserskog protivizviđanja je da optoelektronsku izviđačku opremu neprijatelja koja radi u kratkotalasnom infracrvenom opsegu ozrači kratkotalasnim infracrvenim laserskim zrakama, tako da može dobiti pogrešnu informaciju o cilju ili ne može normalno raditi, ili čak detektor je oštećen.Postoje dvije tipične kratkotalasne infracrvene laserske anti-izviđačke metode, a to su interferencija obmane udaljenosti za laserski daljinomjer koji je siguran za ljudsko oko i oštećenje supresije na kratkotalasnoj infracrvenoj kameri.
1.1 Smetnje obmanjivanja udaljenosti za sigurnosni laserski daljinomjer ljudskog oka
Pulsni laserski daljinomjer pretvara udaljenost između mete i mete vremenskim intervalom laserskog impulsa koji ide naprijed-nazad između točke lansiranja i mete.Ako daljinomjer primi druge laserske impulse prije nego što reflektirani eho signal mete stigne do točke lansiranja, zaustavit će mjerenje vremena, a pretvorena udaljenost nije stvarna udaljenost mete, već manja od stvarne udaljenosti mete.Lažna udaljenost, kojom se postiže svrha zavaravanja udaljenosti daljinomjera.Za laserske daljinomjere bezbedne za oči, kratkotalasni infracrveni pulsni laseri iste talasne dužine mogu se koristiti za implementaciju interferencije obmane udaljenosti.
Laser koji implementira interferenciju obmane udaljenosti daljinomjera simulira difuznu refleksiju mete na laser, tako da je vršna snaga lasera vrlo mala, ali treba ispuniti sljedeća dva uslova:
1) Talasna dužina lasera mora biti ista kao i radna talasna dužina ometanog daljinomera.Filter za smetnje je instaliran ispred daljinomjera, a propusni opseg je vrlo uzak.Laseri čija je talasna dužina drugačija od radne talasne dužine ne mogu doseći fotosenzitivnu površinu detektora.Čak ni laseri od 1,54 μm i 1,57 μm sa sličnim talasnim dužinama ne mogu interferirati jedan s drugim.
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 postigle efikasne smetnje, impuls interferencije treba da ugura najmanje 2 do 3 impulsa u talasnu kapiju daljinomera.Gejt dometa koji se trenutno može postići je reda veličine μs, tako da interferirajući laser mora imati visoku frekvenciju ponavljanja.Uzimajući za primjer ciljnu udaljenost od 3 km, vrijeme potrebno da se laser jednom vrati naprijed-nazad je 20 μs.Ako se unesu najmanje 2 impulsa, frekvencija ponavljanja lasera mora doseći 50 kHz.Ako je minimalni domet laserskog daljinomjera 300 m, frekvencija ponavljanja ometača ne može biti niža od 500 kHz.Samo poluprovodnički laseri i laseri sa vlaknima mogu postići tako visoku stopu ponavljanja.
1.2 Suzbijanje smetnji i oštećenja kratkotalasnih infracrvenih kamera
Kao osnovna komponenta kratkotalasnog infracrvenog sistema za snimanje, kratkotalasna infracrvena kamera ima ograničen dinamički opseg optičke snage odgovora svog InGaAs detektora žarišne ravni.Ako upadna optička snaga premašuje gornju granicu dinamičkog raspona, doći će do zasićenja i detektor ne može izvoditi normalnu sliku.Veća snaga Laser će uzrokovati trajno oštećenje detektora.
Poluprovodnički laseri sa kontinualnom i niskom vršnom snagom i laseri sa vlaknima sa visokom frekvencijom ponavljanja pogodni su za kontinuirano suzbijanje smetnji kratkotalasnih infracrvenih kamera.Kontinuirano zračite kratkotalasnu infracrvenu kameru laserom.Zbog kondenzacijskog efekta velikog povećanja optičkog sočiva, područje koje dosegne laserska difuzna tačka na fokalnoj ravni InGaAs je jako zasićeno i stoga se ne može normalno snimiti.Tek nakon što se lasersko zračenje prekine na određeni vremenski period, performanse snimanja se mogu postepeno vratiti u normalu.
Prema rezultatima višegodišnjeg istraživanja i razvoja proizvoda za lasersko aktivno protivmjerno djelovanje u vidljivom i bliskom infracrvenom opsegu i testovima efikasnosti oštećenja višestrukih polja, samo kratkopulsni laseri s vršnom snagom od megavata i više mogu uzrokovati nepovratna oštećenja TV-a. kamere na udaljenosti od kilometra.oštećenja.Da li se efekat oštećenja može postići, ključna je vršna snaga lasera.Sve dok je vršna snaga viša od praga oštećenja detektora, jedan impuls može oštetiti detektor.Iz perspektive poteškoća u dizajnu lasera, rasipanje topline i potrošnje energije, frekvencija ponavljanja lasera ne mora nužno doseći brzinu kadrova kamere ili čak više, a 10 Hz do 20 Hz može zadovoljiti stvarne borbene aplikacije.Naravno, kratkotalasne infracrvene kamere nisu izuzetak.
InGaAs detektori u žarišnoj ravni uključuju CCD-ove za bombardiranje elektrona zasnovane na fotokatodama za migraciju elektrona InGaAs/InP i CMOS kasnije razvijenim.Njihovi pragovi zasićenja i oštećenja su istog reda veličine kao CCD/CMOS bazirani na Si, ali detektori zasnovani na InGaAs/InP još nisu dobijeni.Podaci o pragu zasićenja i oštećenja CCD/COMS.
Prema trenutnom statusu kratkotalasnih infracrvenih lasera u zemlji i inostranstvu, solid-state laser sa repetitivnom frekvencijom od 1,57 μm baziran na OPO je i dalje najbolji izbor za lasersko oštećenje CCD/COMS.Njegove visoke performanse prodiranja u atmosferu i visoka vršna snaga kratkog pulsnog lasera Pokrivenost svjetlosne tačke i efektivne karakteristike jednog impulsa očigledne su za meku ubijajuću moć optoelektronskog sistema na velikim udaljenostima opremljenog kratkotalasnim infracrvenim kamerama.
2 .Zaključak
Kratkotalasni infracrveni laseri sa talasnim dužinama između 1,1 μm i 1,7 μm imaju visoku atmosfersku propusnost i snažnu sposobnost da prodiru kroz izmaglicu, kišu, sneg, dim, pesak i prašinu.Nevidljiv je tradicionalnoj opremi za noćno osvjetljenje pri slabom osvjetljenju.Laser u opsegu od 1,4 μm do 1,6 μm je bezbedan za ljudsko oko i ima karakteristične karakteristike kao što je zreli detektor sa vršnom talasnom dužinom odziva u ovom opsegu, i postao je važan pravac razvoja za laserske vojne primene.
Ovaj rad analizira tehničke karakteristike i status quo četiri tipična kratkotalasna infracrvena lasera, uključujući fosforne poluvodičke lasere, lasere sa vlaknima dopiranim Er, solid-state lasere dopirane Er i solid-state lasere zasnovane na OPO, te sumira upotrebu ovih kratkotalasnih infracrvenih lasera u fotoelektričnom aktivnom izviđanju.Tipične primjene u protu-izviđanju.
1) Fosforni poluvodički laseri sa visokom frekvencijom i niskom vršnom snagom i laseri sa vlaknima dopiranim Er-om uglavnom se koriste za pomoćno osvjetljenje za prikriveni nadzor na velikim udaljenostima i ciljanje noću i suzbijanje smetnji neprijateljskim kratkotalasnim infracrvenim kamerama.Fosforni poluprovodnički laseri sa kratkim impulsom sa visokim ponavljanjem i laseri sa vlaknima sa Er-dopiranom su takođe idealni izvori svetlosti za sisteme sa više impulsa za sigurnosno merenje oka, radar za skeniranje laserskog skeniranja i smetnje obmanjivanja udaljenosti laserskog daljinomera za oči.
2) Solid-state laseri zasnovani na OPO sa niskom stopom ponavljanja, ali sa vršnom snagom od megavata ili čak deset megavata mogu se široko koristiti u radarima za snimanje bljeskalica, laserskim opservacijama na velikim udaljenostima noću, kratkotalasnim infracrvenim laserskim oštećenjima i Tradicionalni način rada udaljenih ljudskih očiju Sigurnosno lasersko dometanje.
3) Minijaturni Er stakleni laser je jedan od najbrže rastućih pravaca kratkotalasnih infracrvenih lasera poslednjih godina.Trenutni nivoi snage i frekvencije ponavljanja mogu se koristiti u minijaturnim laserskim daljinomjerima za sigurnost očiju.Vremenom, kada vršna snaga dostigne nivo megavata, može se koristiti za radar za snimanje blica, posmatranje laserskog gajta i lasersko oštećenje kratkotalasnih infracrvenih kamera.
4) Er:YAG laser sa diodnom pumpom koji skriva uređaj za lasersko upozorenje je glavni smjer razvoja kratkotalasnih infracrvenih lasera velike snage.Ima veliki potencijal primjene u fleš lidaru, laserskim gajtiranjem na velikim udaljenostima noću i laserskim oštećenjima.
Poslednjih godina, kako sistemi naoružanja imaju sve veće zahteve za integracijom optoelektronskih sistema, mala i laka laserska oprema postala je neizbežan trend u razvoju laserske opreme.Poluprovodnički laseri, laseri sa vlaknima i minijaturni laseri male veličine, male težine i male potrošnje energije Er stakleni laseri postali su glavni pravac razvoja kratkotalasnih infracrvenih lasera.Konkretno, vlaknasti laseri sa dobrim kvalitetom zraka imaju veliki potencijal primjene u noćnom pomoćnom osvjetljenju, prikrivenom nadzoru i nišanju, skenirajućem slikovnom lidaru i laserskom suzbijanju smetnji.Međutim, snaga/energija ova tri tipa malih i lakih lasera je generalno niska i može se koristiti samo za neke izviđačke aplikacije kratkog dometa, i ne može zadovoljiti potrebe izviđanja dugog dometa i kontra-izviđanja.Stoga je fokus razvoja povećanje snage/energije lasera.
Solid-state laseri bazirani na OPO imaju dobar kvalitet snopa i veliku vršnu snagu, a njihove prednosti u promatranju na daljinu, radarima za snimanje blica i oštećenjima lasera su još uvijek vrlo očigledne, a izlazna energija lasera i frekvencija ponavljanja lasera trebalo bi dodatno povećati .Za Er:YAG lasere sa diodnom pumpom, ako se energija impulsa poveća dok se širina impulsa dalje kompresuje, to će postati najbolja alternativa OPO laserima u čvrstom stanju.Ima prednosti u posmatranju na daljinu, radaru za snimanje blic i oštećenju lasera.Veliki potencijal primjene.
Više informacija o proizvodima možete posjetiti našu web stranicu:
https://www.erbiumtechnology.com/
E-mail:devin@erbiumtechnology.com
WhatsApp: +86-18113047438
Fax: +86-2887897578
Dodaj: br.23, cesta Chaoyang, ulica Xihe, okrug Longquanyi, Chengdu, 610107, Kina.
Vrijeme ažuriranja: mar-02-2022
