Podľa rôzneho generačného mechanizmu krátkovlnných infračervených laserov existujú tri typy krátkovlnných infračervených laserov, a to polovodičové lasery, vláknové lasery a pevnolátkové lasery.Medzi nimi možno pevnolátkové lasery rozdeliť na pevnolátkové lasery založené na optickej nelineárnej konverzii vlnovej dĺžky a pevnolátkové lasery, ktoré priamo generujú krátkovlnné infračervené lasery z laserových pracovných materiálov.
Polovodičové lasery používajú polovodičové materiály ako laserové pracovné materiály a výstupná vlnová dĺžka lasera je určená zakázaným pásmom polovodičových materiálov.S rozvojom materiálovej vedy môžu byť energetické pásy polovodičových materiálov prispôsobené širšiemu rozsahu vlnových dĺžok lasera prostredníctvom inžinierstva energetických pásov.Preto je možné pomocou polovodičových laserov získať viacero vlnových dĺžok krátkovlnného infračerveného lasera.
Typickým laserovým pracovným materiálom krátkovlnného infračerveného polovodičového lasera je fosforový materiál.Napríklad indium fosfidový polovodičový laser s veľkosťou apertúry 95 μm má výstupné laserové vlnové dĺžky 1,55 μm a 1,625 μm a výkon dosiahol 1,5 W.
Vláknový laser využíva ako laserové médium sklenené vlákno dopované vzácnymi zeminami a ako zdroj pumpy polovodičový laser.Má vynikajúce vlastnosti, ako je nízky prah, vysoká účinnosť konverzie, dobrá kvalita výstupného lúča, jednoduchá štruktúra a vysoká spoľahlivosť.Môže tiež využiť široké spektrum žiarenia iónov vzácnych zemín na vytvorenie laditeľného vláknového lasera pridaním selektívnych optických prvkov, ako sú mriežky v laserovom rezonátore.Vláknové lasery sa stali dôležitým smerom vo vývoji laserovej technológie.
1.Pevný laser
Médiá zisku lasera v tuhom stave, ktoré môžu priamo generovať krátkovlnné infračervené lasery, sú hlavne Er: YAG kryštály a keramika a Er-dopované sklo.Pevný laser založený na Er:YAG kryštáli a keramike môže priamo vyžarovať 1,645μm krátkovlnný infračervený laser, čo je v posledných rokoch horúce miesto vo výskume krátkovlnného infračerveného lasera [3-5].V súčasnosti dosahuje energia impulzov Er:YAG laserov využívajúcich elektro-optické alebo akusticko-optické Q-spínanie niekoľko až desiatky mJ, šírka impulzu desiatky ns a opakovacia frekvencia desiatky až tisíce Hz.Ak sa ako zdroj pumpy použije 1,532 μm polovodičový laser, bude mať veľké výhody v oblasti laserového aktívneho prieskumu a laserových protiopatrení, najmä jeho stealth efekt na typických laserových varovných zariadeniach.
Er sklenený laser má kompaktnú štruktúru, nízku cenu, nízku hmotnosť a dokáže realizovať Q-spínaciu prevádzku.Je to preferovaný svetelný zdroj pre aktívnu detekciu krátkovlnného infračerveného lasera.Avšak kvôli štyrom nedostatkom Er sklenených materiálov: Po prvé, centrálna vlnová dĺžka absorpčného spektra je 940 nm alebo 976 nm, čo sťažuje dosiahnutie čerpania lampy;Po druhé, príprava materiálov Er zo skla je náročná a nie je ľahké vyrobiť veľké veľkosti;Po tretie, Er sklo Materiál má zlé tepelné vlastnosti a nie je ľahké dosiahnuť opakovanú frekvenčnú prevádzku po dlhú dobu, nehovoriac o nepretržitej prevádzke;po štvrté, neexistuje žiadny vhodný Q-spínací materiál.Hoci výskum krátkovlnného infračerveného lasera na báze Er skla vždy priťahoval pozornosť ľudí, z vyššie uvedených štyroch dôvodov nevyšiel žiadny produkt.Až do roku 1990, s objavením sa polovodičových laserových tyčí s vlnovými dĺžkami 940 nm a 980 nm, a objavením sa nasýtených absorpčných materiálov, ako je Co2+:MgAl2O4 (kobaltom dopovaný hlinitan horečnatý), dve hlavné prekážky zdroja čerpadiel a Q-spínania boli zlomené.Výskum sklenených laserov sa rýchlo rozvinul.Najmä v posledných rokoch miniatúrny laserový modul Er zo skla v mojej krajine, ktorý integruje zdroj polovodičového čerpadla, sklo Er a rezonančnú dutinu, neváži viac ako 10 g a má malú výrobnú kapacitu modulov so špičkovým výkonom 50 kW.Avšak kvôli slabému tepelnému výkonu Er skleneného materiálu je opakovacia frekvencia laserového modulu stále relatívne nízka.Laserová frekvencia 50 kW modulu je len 5 Hz a maximálna laserová frekvencia 20 kW modulu je 10 Hz, čo je možné použiť len v nízkofrekvenčných aplikáciách.
1,064 μm laserový výstup pulzného lasera Nd:YAG má špičkový výkon až megawattov.Keď takéto silné koherentné svetlo prechádza cez niektoré špeciálne materiály, jeho fotóny sú neelasticky rozptýlené na molekulách materiálu, to znamená, že fotóny sú absorbované a vytvárajú relatívne nízkofrekvenčné fotóny.Existujú dva typy látok, ktoré môžu dosiahnuť tento efekt frekvenčnej konverzie: jedným sú nelineárne kryštály, ako napríklad KTP, LiNbO3 atď.;druhý je vysokotlakový plyn, ako je H2.Umiestnite ich do optickej rezonančnej dutiny, aby ste vytvorili optický parametrický oscilátor (OPO).
OPO na báze vysokotlakového plynu zvyčajne označuje stimulovaný parametrický oscilátor Ramanovho rozptylu svetla.Svetlo pumpy je čiastočne absorbované a vytvára nízkofrekvenčnú svetelnú vlnu.Vyspelý Ramanov laser využíva 1,064 μm laser na čerpanie vysokotlakového plynu H2 na získanie 1,54 μm krátkovlnného infračerveného lasera.
OBRÁZOK 1
Typickou aplikáciou krátkovlnného infračerveného GV systému je diaľkové zobrazovanie v noci.Laserový iluminátor by mal byť krátkovlnný infračervený laser s krátkym impulzom s vysokým špičkovým výkonom a jeho opakovacia frekvencia by mala byť v súlade so snímkovou frekvenciou zábleskovej kamery.Podľa súčasného stavu krátkovlnných infračervených laserov doma a v zahraničí sú najlepšou voľbou diódovo čerpané Er:YAG lasery a 1,57 μm pevnolátkové lasery na báze OPO.Opakovaciu frekvenciu a špičkový výkon miniatúrneho Er skleneného lasera je potrebné ešte zlepšiť.3.Aplikácia krátkovlnného infračerveného lasera vo fotoelektrickom antiprieskume
Podstatou krátkovlnného infračerveného laserového antiprieskumu je ožiarenie optoelektronického prieskumného zariadenia nepriateľa pracujúceho v krátkovlnnom infračervenom pásme krátkovlnnými infračervenými laserovými lúčmi tak, aby mohlo získať chybnú informáciu o cieli alebo nemohlo fungovať normálne, resp. detektor je poškodený.Existujú dve typické antiprieskumné metódy krátkovlnného infračerveného lasera, a to interferencia s klamaním vzdialenosti na laserový diaľkomer bezpečný pre ľudské oko a potlačenie poškodenia krátkovlnnej infračervenej kamery.
1.1 Rušenie klamaním vzdialenosti na bezpečnostný laserový diaľkomer ľudského oka
Impulzný laserový diaľkomer prevádza vzdialenosť medzi cieľom a cieľom časovým intervalom laserového impulzu idúceho tam a späť medzi štartovacím bodom a cieľom.Ak detektor diaľkomeru prijme iné laserové impulzy predtým, ako odrazený echo signál cieľa dosiahne bod štartu, zastaví sa časovanie a prevedená vzdialenosť nie je skutočná vzdialenosť cieľa, ale je menšia ako skutočná vzdialenosť cieľa.Falošná vzdialenosť, čím sa dosiahne účel oklamania vzdialenosti diaľkomeru.V prípade laserových diaľkomerov bezpečných pre oči je možné použiť krátkovlnné infračervené pulzné lasery rovnakej vlnovej dĺžky na implementáciu rušenia klamaním vzdialenosti.
Laser, ktorý implementuje interferenciu diaľkomeru s klamaním vzdialenosti, simuluje difúzny odraz cieľa do lasera, takže špičkový výkon lasera je veľmi nízky, ale mali by byť splnené nasledujúce dve podmienky:
1) Vlnová dĺžka lasera musí byť rovnaká ako pracovná vlnová dĺžka rušeného diaľkomeru.Pred detektorom diaľkomeru je nainštalovaný interferenčný filter a šírka pásma je veľmi úzka.Lasery s inou vlnovou dĺžkou ako pracovnou vlnovou dĺžkou nemôžu dosiahnuť fotocitlivý povrch detektora.Dokonca ani lasery 1,54 μm a 1,57 μm s podobnými vlnovými dĺžkami sa nemôžu navzájom rušiť.
2) Frekvencia opakovania lasera musí byť dostatočne vysoká.Detektor diaľkomeru reaguje na laserový signál dosahujúci jeho fotocitlivý povrch iba vtedy, keď je zmeraný dosah.Aby sa dosiahlo efektívne rušenie, interferenčný impulz by mal vtlačiť do vlnovej brány diaľkomeru aspoň 2 až 3 impulzy.Rozsah, ktorý je možné v súčasnosti dosiahnuť, je rádovo μs, takže rušivý laser musí mať vysokú opakovaciu frekvenciu.Ak vezmeme ako príklad cieľovú vzdialenosť 3 km, čas potrebný na to, aby sa laser raz pohyboval tam a späť, je 20 μs.Ak sú zadané aspoň 2 impulzy, frekvencia opakovania lasera musí dosiahnuť 50 kHz.Ak je minimálny dosah laserového diaľkomeru 300 m, frekvencia opakovania rušičky nemôže byť nižšia ako 500 kHz.Iba polovodičové lasery a vláknové lasery môžu dosiahnuť takú vysokú opakovaciu frekvenciu.
1.2 Potláčajúce rušenie a poškodenie krátkovlnných infračervených kamier
Ako základná súčasť krátkovlnného infračerveného zobrazovacieho systému má krátkovlnná infračervená kamera obmedzený dynamický rozsah odozvy optického výkonu svojho detektora ohniskovej roviny InGaAs.Ak dopadajúci optický výkon presiahne hornú hranicu dynamického rozsahu, dôjde k saturácii a detektor nemôže vykonávať normálne zobrazovanie.Vyšší výkon Laser spôsobí trvalé poškodenie detektora.
Kontinuálne a nízkovýkonové polovodičové lasery a vláknové lasery s vysokou opakovacou frekvenciou sú vhodné na nepretržité potlačenie rušenia krátkovlnných infračervených kamier.Krátkovlnnú infračervenú kameru nepretržite ožarujte laserom.V dôsledku kondenzačného efektu optickej šošovky s veľkým zväčšením je oblasť dosiahnutá laserovým difúznym bodom na ohniskovej rovine InGaAs silne nasýtená, a preto sa nedá normálne zobraziť.Až po zastavení ožarovania laserom na určitý čas sa môže zobrazovací výkon postupne vrátiť do normálu.
Podľa výsledkov dlhoročného výskumu a vývoja laserových aktívnych produktov protiopatrenia vo viditeľnom a blízkom infračervenom pásme a viacnásobných testov účinnosti poškodenia v teréne môžu len lasery s krátkym impulzom so špičkovým výkonom megawattov a vyšším spôsobiť nezvratné poškodenie TV. kamery vo vzdialenosti kilometrov.škody.Či je možné dosiahnuť efekt poškodenia, kľúčom je špičkový výkon lasera.Pokiaľ je špičkový výkon vyšší ako prah poškodenia detektora, jediný impulz môže poškodiť detektor.Z hľadiska náročnosti konštrukcie lasera, rozptylu tepla a spotreby energie nemusí opakovacia frekvencia lasera nevyhnutne dosahovať snímkovú frekvenciu kamery alebo dokonca vyššiu a 10 Hz až 20 Hz môže vyhovovať skutočným bojovým aplikáciám.Prirodzene, výnimkou nie sú ani krátkovlnné infračervené kamery.
Detektory s ohniskovou rovinou InGaAs zahŕňajú CCD s elektrónovým bombardovaním založené na fotokatódach s migráciou elektrónov InGaAs / InP a neskôr vyvinutom CMOS.Ich prahy saturácie a poškodenia sú rádovo rovnaké ako CCD/CMOS na báze Si, ale detektory na báze InGaAs/InP ešte neboli získané.Údaje o prahu saturácie a poškodenia CCD/COMS.
Podľa súčasného stavu krátkovlnných infračervených laserov doma aj v zahraničí je 1,57 μm repetitívny frekvenčný pevnolátkový laser na báze OPO stále najlepšou voľbou pre laserové poškodenie CCD/COMS.Jeho vysoký výkon v atmosfére a vysoký špičkový výkon krátky pulzný laser Pokrytie svetelných škvŕn a efektívne charakteristiky jedného pulzu sú zrejmé pre mäkkú zabíjaciu silu diaľkového optoelektronického systému vybaveného krátkovlnnými infračervenými kamerami.
2 .Záver
Krátkovlnné infračervené lasery s vlnovými dĺžkami medzi 1,1 μm a 1,7 μm majú vysokú priepustnosť atmosféry a silnú schopnosť prenikať do oparu, dažďa, snehu, dymu, piesku a prachu.Je neviditeľný pre tradičné zariadenia nočného videnia pri slabom osvetlení.Laser v pásme 1,4 μm až 1,6 μm je bezpečný pre ľudské oko a má charakteristické vlastnosti, ako je vyspelý detektor so špičkovou vlnovou dĺžkou odozvy v tomto rozsahu, a stal sa dôležitým smerom vývoja pre laserové vojenské aplikácie.
Tento článok analyzuje technické charakteristiky a status quo štyroch typických krátkovlnných infračervených laserov, vrátane fosforových polovodičových laserov, vláknových laserov dopovaných Er, pevnolátkových laserov dopovaných Er a pevnolátkových laserov na báze OPO, a sumarizuje použitie. týchto krátkovlnných infračervených laserov vo fotoelektrickom aktívnom prieskume.Typické aplikácie v anti-prieskumoch.
1) Nepretržité vysokofrekvenčné fosforové polovodičové lasery a lasery s nízkym špičkovým výkonom a vláknové lasery dopované Er sa používajú hlavne na pomocné osvetlenie pre diaľkový tajný dohľad a mierenie v noci a potláčanie rušenia nepriateľských krátkovlnných infračervených kamier.Vysokorepetičné fosforové polovodičové lasery s krátkym pulzom a vláknové lasery dopované erom sú tiež ideálnymi zdrojmi svetla pre viacimpulzový systém na meranie bezpečnosti zraku, laserové skenovanie zobrazovacieho radaru a interferencie s bezpečnostným laserovým diaľkomerom.
2) Pevné lasery na báze OPO s nízkou opakovacou frekvenciou, ale so špičkovým výkonom megawattov alebo dokonca desať megawattov môžu byť široko používané v radarovom zobrazovacom blesku, pozorovaní laserovým hradlovaním na veľké vzdialenosti v noci, poškodení krátkovlnným infračerveným laserom a v tradičnom režime vzdialené ľudské oči Bezpečnostný laserový dosah.
3) Miniatúrny Er sklenený laser je jedným z najrýchlejšie rastúcich smerov krátkovlnných infračervených laserov v posledných rokoch.V miniatúrnych očných bezpečnostných laserových diaľkomeroch možno použiť aktuálne úrovne výkonu a frekvencie opakovania.Časom, keď špičkový výkon dosiahne úroveň megawattov, môže sa použiť na radarové zobrazovanie bleskom, pozorovanie laserovým hradlom a laserové poškodenie krátkovlnných infračervených kamier.
4) Diódový laser Er:YAG, ktorý skrýva laserové varovné zariadenie, je hlavným smerom vývoja vysokovýkonných krátkovlnných infračervených laserov.Má veľký aplikačný potenciál pri flash lidare, pozorovaní laserom na veľké vzdialenosti v noci a pri laserovom poškodení.
Keďže zbraňové systémy majú v posledných rokoch stále vyššie požiadavky na integráciu optoelektronických systémov, malé a ľahké laserové zariadenia sa stali nevyhnutným trendom vo vývoji laserových zariadení.Hlavným smerom vývoja krátkovlnných infračervených laserov sa stali polovodičové lasery, vláknové lasery a miniatúrne lasery s malými rozmermi, nízkou hmotnosťou a nízkou spotrebou energie.Najmä vláknové lasery s dobrou kvalitou lúča majú veľký aplikačný potenciál v nočnom prídavnom osvetlení, utajenom sledovaní a zameriavaní, skenovaní zobrazovacieho lidaru a interferencii s potlačením lasera.Výkon/energia týchto troch typov malých a ľahkých laserov je však vo všeobecnosti nízka a možno ich použiť len na niektoré prieskumné aplikácie krátkeho dosahu a nemôžu uspokojiť potreby prieskumu na veľké vzdialenosti a protiprieskumu.Preto sa vývoj zameriava na zvýšenie výkonu/energie lasera.
Pevné lasery na báze OPO majú dobrú kvalitu lúča a vysoký špičkový výkon a ich výhody pri pozorovaní na veľké vzdialenosti, pri bleskovom zobrazovacom radare a laserovom poškodení sú stále veľmi zrejmé a výstupná energia lasera a frekvencia opakovania lasera by sa mali ďalej zvyšovať. .V prípade diódovo čerpaných Er:YAG laserov, ak sa energia impulzu zvýši, zatiaľ čo sa šírka impulzu ďalej stlačí, stane sa najlepšou alternatívou k OPO pevnolátkovým laserom.Má výhody v diaľkovom hradenom pozorovaní, zábleskom zobrazovacom radare a laserovom poškodení.Veľký aplikačný potenciál.
Viac informácií o produkte, môžete navštíviť našu webovú stránku:
https://www.erbiumtechnology.com/
E-mail:devin@erbiumtechnology.com
WhatsApp: +86-18113047438
Fax: +86-2887897578
Pridať: č.23, cesta Chaoyang, ulica Xihe, okres Longquanyi, Chengdu, 610107, Čína.
Čas aktualizácie: Mar-02-2022
