על פי מנגנון הדור השונה של לייזרים אינפרא אדום גלי קצר, ישנם שלושה סוגים של לייזרים אינפרא אדום גלי קצר, כלומר לייזרים מוליכים למחצה, לייזרים סיבים ולייזרים במצב מוצק.ביניהם, ניתן לחלק לייזרים במצב מוצק ללייזרים במצב מוצק המבוססים על המרה אופטית של אורך גל לא ליניארי וללייזרים במצב מוצק המייצרים ישירות לייזרים אינפרא אדום עם גל קצר מחומרי עבודה בלייזר.
לייזרים מוליכים למחצה משתמשים בחומרים מוליכים למחצה כחומרי עבודה בלייזר, ואורך הגל של הלייזר בפלט נקבע על ידי פער הרצועה של החומרים המוליכים למחצה.עם התפתחות מדעי החומרים, ניתן להתאים פסי אנרגיה של חומרים מוליכים למחצה למגוון רחב יותר של אורכי גל לייזר באמצעות הנדסת פס אנרגיה.לכן, ניתן לקבל מספר אורכי גל אינפרא אדום בלייזר אינפרא אדום עם לייזרים מוליכים למחצה.
חומר העבודה האופייני ללייזר של לייזר מוליכים למחצה אינפרא אדום עם גלים קצרים הוא חומר זרחני.לדוגמה, לייזר מוליכים למחצה אינדיום פוספיד עם גודל צמצם של 95 מיקרומטר יש אורכי גל לייזר פלט של 1.55 מיקרומטר ו-1.625 מיקרומטר, וההספק הגיע ל-1.5 וואט.
לייזר סיבים משתמש בסיבי זכוכית מסוממים באדמה נדירה כמדיום הלייזר ובלייזר מוליכים למחצה כמקור המשאבה.יש לו מאפיינים מצוינים כגון סף נמוך, יעילות המרה גבוהה, איכות אלומת פלט טובה, מבנה פשוט ואמינות גבוהה.זה גם יכול לנצל את הספקטרום הרחב של קרינת יוני אדמה נדירה כדי ליצור לייזר סיבים מתכוונן על ידי הוספת אלמנטים אופטיים סלקטיביים כגון רשתות במהוד הלייזר.לייזרים סיבים הפכו לכיוון חשוב בפיתוח טכנולוגיית הלייזר.
1. לייזר במצב מוצק
אמצעי הרווח של הלייזר במצב מוצק שיכולים ליצור באופן ישיר לייזרים אינפרא אדום עם גלים קצרים הם בעיקר Er: גבישים וקרמיקה YAG, וזכוכית מסוממת ב-Er.הלייזר במצב מוצק המבוסס על גביש Er:YAG וקרמיקה יכול להפיק ישירות 1.645μm לייזר אינפרא אדום עם גלים קצרים, המהווה נקודה חמה במחקר של לייזר אינפרא אדום עם גלים קצרים בשנים האחרונות [3-5].כיום, אנרגיית הפולסים של לייזרים Er: YAG המשתמשים במיתוג Q אלקטרו-אופטי או אקוסטו-אופטי הגיעה לכמה עד עשרות mJ, רוחב פולס של עשרות ns ותדירות חזרה של עשרות עד אלפי הרץ.אם משתמשים בלייזר מוליכים למחצה בגודל 1.532 מיקרומטר כמקור המשאבה, יהיו לו יתרונות גדולים בתחום של סיור אקטיבי בלייזר ואמצעי נגד לייזר, במיוחד השפעתו החמקנית על מכשירי אזהרה טיפוסיים בלייזר.
לייזר זכוכית Er יש מבנה קומפקטי, עלות נמוכה, משקל קל, והוא יכול לממש פעולה עם Q-switch.זהו מקור האור המועדף לזיהוי אקטיבי של לייזר אינפרא אדום עם גלים קצרים.עם זאת, בשל ארבעת החסרונות של חומרי זכוכית Er: ראשית, אורך הגל המרכזי של ספקטרום הספיגה הוא 940 ננומטר או 976 ננומטר, מה שמקשה על השגת שאיבת מנורה;שנית, הכנת חומרי זכוכית Er קשה ולא קל לעשות מידות גדולות;שלישית, זכוכית Er לחומר יש תכונות תרמיות גרועות, וזה לא קל להשיג פעולה בתדירות חוזרת לאורך זמן, שלא לדבר על פעולה רציפה;רביעית, אין חומר מתאים ל-Q-switching.למרות שהמחקר של לייזר אינפרא אדום עם גלים קצרים המבוססים על זכוכית Er תמיד משך את תשומת לבם של אנשים, בשל ארבע הסיבות לעיל, אף מוצר לא יצא.עד 1990, עם הופעת פסי לייזר מוליכים למחצה עם אורכי גל של 940 ננומטר ו-980 ננומטר, והופעתם של חומרי ספיגה רוויים כגון Co2+:MgAl2O4 (מגנזיום מסומם בקובלט), שני צווארי הבקבוק העיקריים של מקור משאבה ו-Q-switch היו שבורים.המחקר על לייזר זכוכית התפתח במהירות.במיוחד בשנים האחרונות, מודול הלייזר המיניאטורי Er glass של ארצי, המשלב מקור משאבת מוליכים למחצה, זכוכית Er וחלל תהודה, שוקל לא יותר מ-10 גרם, ויש לו כושר ייצור אצווה קטן של 50 קילוואט מודולי שיא הספק.עם זאת, בשל הביצועים התרמיים הירודים של חומר זכוכית Er, תדירות החזרות של מודול הלייזר עדיין נמוכה יחסית.תדר הלייזר של מודול ה-50 קילוואט הוא 5 הרץ בלבד, ותדר הלייזר המרבי של מודול ה-20 קילוואט הוא 10 הרץ, שניתן להשתמש בו רק ביישומים בתדר נמוך.
פלט הלייזר של 1.064 מיקרומטר על ידי הלייזר הדופק Nd:YAG הוא בעל הספק שיא של עד מגה וואט.כאשר אור קוהרנטי חזק כל כך עובר דרך כמה חומרים מיוחדים, הפוטונים שלו מפוזרים בצורה לא אלסטית על מולקולות החומר, כלומר הפוטונים נספגים ומייצרים פוטונים בתדר נמוך יחסית.ישנם שני סוגים של חומרים שיכולים להשיג אפקט המרת תדר זה: האחד הוא גבישים לא ליניאריים, כגון KTP, LiNbO3 וכו';השני הוא גז בלחץ גבוה כגון H2.הנח אותם בחלל התהודה האופטי כדי ליצור מתנד פרמטרי אופטי (OPO).
OPO המבוסס על גז בלחץ גבוה מתייחס בדרך כלל למתנד פרמטרי פרמטרי רמאן מגורה.אור המשאבה נספג חלקית ומייצר גל אור בתדר נמוך.לייזר ראמאן בוגר משתמש בלייזר של 1.064 מיקרומטר כדי לשאוב גז H2 בלחץ גבוה כדי להשיג לייזר אינפרא אדום עם גלים קצרים של 1.54 מיקרון.
תמונה 1
היישום הטיפוסי של מערכת GV אינפרא אדום גל קצר הוא הדמיה למרחקים ארוכים בלילה.מאיר הלייזר צריך להיות לייזר אינפרא אדום בעל דופק קצר עם גלים קצרים עם הספק שיא גבוה, ותדירות החזרה שלו צריכה להיות עקבית עם תדר הפריימים של מצלמת ה-strobed.על פי הסטטוס הנוכחי של לייזרים אינפרא אדום גלי קצר בבית ומחוצה לה, לייזרים מסוג Er: YAG עם דיודה שאובים ולייזרים במצב מוצק 1.57 מיקרומטר מבוססי OPO הם הבחירה הטובה ביותר.עדיין יש לשפר את תדירות החזרות ועוצמת השיא של הלייזר המיניאטורי מזכוכית Er.3.יישום של לייזר אינפרא אדום גל קצר בסיור פוטואלקטרי
המהות של אנטי-סיור לייזר אינפרא אדום גלי קצר היא הקרנת ציוד הסיור האופטו-אלקטרוני של האויב הפועל ברצועת האינפרא אדום גלי קצר באמצעות קרני לייזר אינפרא אדום גלי קצר, כך שיוכל להשיג מידע מטרה שגוי או לא יכול לעבוד כרגיל, או אפילו הגלאי פגום.ישנן שתי שיטות אנטי-סיור לייזר אינפרא אדום טיפוסיות בגלים קצרים, כלומר הפרעת הטעיה ממרחק לממד הטווח של הלייזר הבטוח לעין אנושית ונזקי הדיכוי של מצלמת אינפרא אדום עם גלים קצרים.
1.1 הפרעות הטעיה ממרחק לממד טווח לייזר בטיחותי לעין אנושית
מד טווח הלייזר הדופק ממיר את המרחק בין המטרה למטרה לפי מרווח הזמן של דופק הלייזר הלוך ושוב בין נקודת השיגור למטרה.אם גלאי מד הטווח יקבל פולסי לייזר אחרים לפני שאות ההד המוחזר של המטרה מגיע לנקודת השיגור, הוא יפסיק לתזמן, והמרחק המומר אינו המרחק האמיתי של המטרה, אלא קטן מהמרחק האמיתי של המטרה.מרחק כוזב, המשיג את המטרה להונות את המרחק של מד הטווח.עבור מדדי טווח לייזר בטוחים לעין, ניתן להשתמש בלייזרי דופק אינפרא אדום בעלי אותו אורך גל כדי ליישם הפרעות הטעיה למרחקים.
הלייזר שמיישם את הפרעות הטעיית המרחק של מד הטווח מדמה את ההחזר המפוזר של המטרה אל הלייזר, ולכן שיא הספק הלייזר נמוך מאוד, אך יש לעמוד בשני התנאים הבאים:
1) אורך הגל של הלייזר חייב להיות זהה לאורך הגל הפועל של מד הטווח המופרע.מול גלאי מד הטווח מותקן מסנן הפרעות ורוחב הפס צר מאוד.לייזרים בעלי אורכי גל שאינם אורך הגל הפועלים אינם יכולים להגיע למשטח הרגיש לאור של הגלאי.אפילו הלייזרים של 1.54 מיקרומטר ו-1.57 מיקרון בעלי אורכי גל דומים אינם יכולים להפריע זה לזה.
2) תדירות חזרות הלייזר חייבת להיות גבוהה מספיק.גלאי מד הטווח מגיב לאות הלייזר המגיע למשטח הרגיש לאור שלו רק כאשר הטווח נמדד.כדי להשיג הפרעות אפקטיביות, דופק ההפרעות צריך להידחק לפחות 2 עד 3 פולסים לתוך שער גלי מד הטווח.שער הטווח שניתן להשיג כיום הוא בסדר גודל של μs, ולכן הלייזר המפריע חייב להיות בעל תדירות חזרות גבוהה.אם לוקחים לדוגמא מרחק יעד של 3 ק"מ, הזמן הדרוש ללייזר לחזור ולחזור פעם אחת הוא 20 מיקרומטר.אם הוזנו לפחות 2 פולסים, תדר החזרה של הלייזר חייב להגיע ל-50 קילו-הרץ.אם הטווח המינימלי של מד הטווח של הלייזר הוא 300 מ', תדירות החזרות של המשבש לא יכולה להיות נמוכה מ-500 קילו-הרץ.רק לייזרים מוליכים למחצה ולייזרי סיבים יכולים להשיג קצב חזרות כה גבוה.
1.2 הפרעות דיכוי ונזק למצלמות אינפרא אדום עם גלים קצרים
כמרכיב הליבה של מערכת ההדמיה אינפרא אדום עם גלים קצרים, למצלמת האינפרא אדום הגלים הקצרים יש טווח דינמי מוגבל של כוח אופטי תגובה של גלאי מישור המוקד InGaAs שלה.אם ההספק האופטי המתרחש חורג מהגבול העליון של הטווח הדינמי, תתרחש רוויה, והגלאי לא יכול לבצע הדמיה רגילה.הספק גבוה יותר הלייזר יגרום לנזק קבוע לגלאי.
לייזרים מוליכים למחצה רציפים ונמוכים עם הספק שיא ולייזרי סיבים בעלי תדירות חזרות גבוהה מתאימים להפרעות דיכוי מתמשך של מצלמות אינפרא אדום עם גלים קצרים.הקרן ברציפות את מצלמת האינפרא אדום עם גלים קצרים בלייזר.בשל אפקט העיבוי בהגדלה גדולה של העדשה האופטית, האזור אליו מגיע הנקודה המפוזרת בלייזר במישור המוקד InGaAs רווי מאוד, ולכן לא ניתן לצלם באופן רגיל.רק לאחר הפסקת קרינת הלייזר לפרק זמן, ביצועי ההדמיה יכולים לחזור בהדרגה לקדמותם.
על פי תוצאות של שנים רבות של מחקר ופיתוח של מוצרי לייזר אמצעי נגד אקטיביים ברצועות הנראות והקרוב לאינפרא אדום ובדיקות יעילות נזקי שדה מרובים, רק לייזרים קצר דופק עם הספק שיא של מגה וואט ומעלה יכולים לגרום נזק בלתי הפיך לטלוויזיה מצלמות במרחק של קילומטרים.נֵזֶק.האם ניתן להשיג את אפקט הנזק, שיא הספק של הלייזר הוא המפתח.כל עוד שיא ההספק גבוה מסף הנזק לגלאי, פעימה בודדת יכולה להזיק לגלאי.מנקודת המבט של קושי בתכנון הלייזר, פיזור החום וצריכת החשמל, תדירות החזרות של הלייזר לא חייבת להגיע בהכרח לקצב הפריימים של המצלמה או אפילו גבוה יותר, ו-10 הרץ עד 20 הרץ יכולים לענות על יישומי לחימה בפועל.באופן טבעי, מצלמות אינפרא אדום גל קצר אינן יוצאות דופן.
גלאי מישור מוקד של InGaAs כוללים CCDs הפצצת אלקטרונים המבוססים על פוטוקתודות נדידת אלקטרונים InGaAs/InP ו-CMOS שפותחו מאוחר יותר.ספי הרוויה והנזק שלהם הם באותו סדר גודל כמו CCD/CMOS מבוססי Si, אך טרם הושגו גלאים מבוססי InGaAs/InP.נתוני סף רוויה ונזק של CCD/COMS.
על פי המצב הנוכחי של לייזרים אינפרא אדום גלים קצרים בבית ומחוצה לה, לייזר מצב מוצק בתדר חוזר של 1.57 מיקרון המבוסס על OPO הוא עדיין הבחירה הטובה ביותר עבור נזקי לייזר ל-CCD/COMS.ביצועי החדירה הגבוהים שלו לאטמוספירה והספק הגבוה ביותר של לייזר דופק קצר כיסוי נקודת האור והמאפיינים האפקטיביים של פעימה בודדת ברורים לכוח ההרג הרך של המערכת האופטו-אלקטרונית למרחקים ארוכים המצוידת במצלמות אינפרא אדום עם גלים קצרים.
2. מסקנה
לייזרים אינפרא אדום גלי קצר עם אורכי גל בין 1.1 מיקרומטר ל-1.7 מיקרומטר הם בעלי שידור אטמוספרי גבוה ויכולת חזקה לחדור לאובך, גשם, שלג, עשן, חול ואבק.זה בלתי נראה לציוד ראיית לילה מסורתי באור נמוך.הלייזר ברצועת 1.4 מיקרומטר עד 1.6 מיקרומטר בטוח לעין האנושית, ויש לו מאפיינים ייחודיים כמו גלאי בוגר עם אורך גל שיא תגובה בטווח זה, והפך לכיוון פיתוח חשוב עבור יישומי לייזר צבאיים.
מאמר זה מנתח את המאפיינים הטכניים והסטטוס קוו של ארבעה לייזרים אינפרא אדום טיפוסיים עם גלים קצרים, כולל לייזרים מוליכים למחצה זרחנים, לייזרים סיבים עם חומרי Er, לייזרים מוצקים עם סממנים ב-Er ולייזרי מצב מוצק מבוססי OPO, ומסכם את השימוש של לייזרים אינפרא אדום גלי קצר אלה בסיור פעיל פוטו-אלקטרי.יישומים אופייניים באנטי-סיור.
1) לייזרים מוליכים למחצה זרחנים בתדר חזרתי גבוה רציף ושיא נמוך ולייזרי סיבים מסוממים ב-Er משמשים בעיקר לתאורת עזר למעקב התגנבות למרחקים ארוכים ולכוונה בלילה ודיכוי הפרעות למצלמות אינפרא אדום גלי קצר של האויב.לייזרים מוליכים למחצה זרחנים בעלי חזרתיות גבוהה ולייזרי סיבים מסוממים ב-Er הם גם מקורות אור אידיאליים לטווחי בטיחות עיניים של מערכת מרובת פעימות, מכ"ם הדמיה בסריקת לייזר וממד מרחק לייזר בטיחותי בעיניים.
2) לייזרים מוצקים מבוססי OPO עם קצב חזרות נמוך אך עם הספק שיא של מגה וואט או אפילו עשרה מגה וואט יכולים להיות בשימוש נרחב ברדאר הדמיית הבזק, תצפית לייזר למרחקים ארוכים בלילה, נזקי לייזר אינפרא אדום בגלים קצרים ו מצב מסורתי מרחוק עיניים אנושיות מטווח לייזר בטיחותי.
3) הלייזר המיניאטורי מזכוכית Er הוא אחד הכיוונים הצומחים ביותר של לייזרים אינפרא אדום עם גלים קצרים בשנים האחרונות.ניתן להשתמש ברמות ההספק ותדר החזרות הנוכחיות במדדי טווח לייזר בטיחותי לעיניים מיניאטוריות.עם הזמן, ברגע ששיאי ההספק מגיע לרמת מגה-וואט, ניתן להשתמש בו לרדאר הדמיית הבזק, תצפית לייזר, ונזקי לייזר למצלמות אינפרא-אדום עם גלים קצרים.
4) הלייזר Er:YAG הנשאב באמצעות דיודה שמסתיר את מכשיר אזהרת הלייזר הוא כיוון הפיתוח המרכזי של לייזרים אינפרא אדום בעלי הספק גבוה.יש לו פוטנציאל יישום גדול ב-Flash Lidar, תצפית לייזר למרחקים ארוכים בלילה ונזקי לייזר.
בשנים האחרונות, כאשר למערכות נשק יש דרישות גבוהות יותר ויותר לשילוב מערכות אופטו-אלקטרוניות, ציוד הלייזר הקטן והקל הפך למגמה בלתי נמנעת בפיתוח ציוד לייזר.לייזרים מוליכים למחצה, לייזרים סיבים ולייזרים מיניאטוריים בעלי גודל קטן, משקל קל וצריכת חשמל נמוכה לייזרים מזכוכית Er הפכו לכיוון המרכזי של פיתוח לייזרים אינפרא אדום עם גלים קצרים.במיוחד, ללייזרי סיבים עם איכות קרן טובה יש פוטנציאל יישום גדול בתאורת עזר בשעות הלילה, מעקב והכוונה התגנבות, סריקת הדמיה לידאר והפרעות דיכוי לייזר.עם זאת, ההספק/אנרגיה של שלושת הסוגים הללו של לייזרים קטנים וקלים הם בדרך כלל נמוך, וניתן להשתמש בהם רק עבור יישומי סיור לטווח קצר, ואינם יכולים לענות על הצרכים של סיור ארוך טווח וסיור נגדי.לכן, מוקד הפיתוח הוא הגדלת כוח/אנרגיה של הלייזר.
לייזרים מבוססי OPO מצב מוצק הם בעלי איכות קרן טובה ועוצמת שיא גבוהה, והיתרונות שלהם בתצפית מגודרת למרחקים ארוכים, מכ"ם הדמיית הבזק ונזקי לייזר עדיין ברורים מאוד, ויש להגדיל עוד יותר את אנרגיית פלט הלייזר ותדירות החזרה של הלייזר .עבור לייזרים Er:YAG הנשאבים באמצעות דיודה, אם אנרגיית הפולס מוגברת בעוד רוחב הפולס נדחס יותר, היא תהפוך לחלופה הטובה ביותר ללייזרי OPO במצב מוצק.יש לו יתרונות בתצפית מגודרת למרחקים ארוכים, מכ"ם הדמיית הבזק ונזקי לייזר.פוטנציאל יישום גדול.
מידע נוסף על המוצר, אתה יכול לבוא לבקר באתר האינטרנט שלנו:
https://www.erbiumtechnology.com/
אימייל:devin@erbiumtechnology.com
WhatsApp: +86-18113047438
פקס: +86-2887897578
הוסף: No.23, Chaoyang road, Xihe street, Longquanyi distrcit, Chengdu, 610107, China.
זמן עדכון: מרץ-02-2022
