Podle různého generačního mechanismu krátkovlnných infračervených laserů existují tři typy krátkovlnných infračervených laserů, a to polovodičové lasery, vláknové lasery a pevnolátkové lasery.Mezi nimi lze pevnolátkové lasery rozdělit na pevnolátkové lasery založené na optické nelineární konverzi vlnových délek a pevnolátkové lasery, které přímo generují krátkovlnné infračervené lasery z laserových pracovních materiálů.
Polovodičové lasery používají jako laserové pracovní materiály polovodičové materiály a výstupní vlnová délka laseru je určena zakázaným pásmem polovodičových materiálů.S rozvojem vědy o materiálech mohou být energetická pásma polovodičových materiálů přizpůsobena širšímu rozsahu vlnových délek laseru pomocí inženýrství energetických pásem.Proto lze pomocí polovodičových laserů získat více vlnových délek krátkovlnného infračerveného laseru.
Typickým laserovým pracovním materiálem krátkovlnného infračerveného polovodičového laseru je fosforový materiál.Například indium fosfidový polovodičový laser s velikostí apertury 95 μm má výstupní laserové vlnové délky 1,55 μm a 1,625 μm a výkon dosáhl 1,5 W.
Vláknový laser využívá jako laserové médium skleněné vlákno dopované vzácnými zeminami a jako zdroj pumpy polovodičový laser.Má vynikající vlastnosti, jako je nízký práh, vysoká účinnost konverze, dobrá kvalita výstupního paprsku, jednoduchá struktura a vysoká spolehlivost.Může také využít široké spektrum záření iontů vzácných zemin k vytvoření laditelného vláknového laseru přidáním selektivních optických prvků, jako jsou mřížky v laserovém rezonátoru.Vláknové lasery se staly důležitým směrem ve vývoji laserové technologie.
1.Pevnolátkový laser
Média pro zisk laseru v pevné fázi, která mohou přímo generovat krátkovlnné infračervené lasery, jsou hlavně Er: YAG krystaly a keramika a Erem dopované sklo.Pevný laser založený na Er:YAG krystalu a keramice může přímo vydávat 1,645μm krátkovlnný infračervený laser, což je v posledních letech horké místo ve výzkumu krátkovlnného infračerveného laseru [3-5].V současné době dosahuje energie pulzu Er:YAG laserů využívajících elektrooptické nebo akusticko-optické Q-spínání několik až desítky mJ, šířku pulzu desítky ns a opakovací frekvenci desítek až tisíců Hz.Pokud je jako zdroj pumpy použit polovodičový laser 1,532 μm, bude mít velké výhody v oblasti laserového aktivního průzkumu a laserových protiopatření, zejména jeho stealth efekt na typických laserových výstražných zařízeních.
Er glass laser má kompaktní strukturu, nízkou cenu, nízkou hmotnost a může realizovat Q-spínaný provoz.Je to preferovaný světelný zdroj pro aktivní detekci krátkovlnného infračerveného laseru.Nicméně, kvůli čtyřem nedostatkům Er skleněných materiálů: Za prvé, centrální vlnová délka absorpčního spektra je 940 nm nebo 976 nm, což ztěžuje dosažení čerpání lampy;Za druhé, příprava materiálů Er skla je obtížná a není snadné vyrábět velké velikosti;Za třetí, Er sklo Materiál má špatné tepelné vlastnosti a není snadné dosáhnout opakovaného frekvenčního provozu po dlouhou dobu, natož nepřetržitého provozu;za čtvrté, neexistuje žádný vhodný Q-spínací materiál.Přestože výzkum krátkovlnného infračerveného laseru na bázi Er skla vždy přitahoval pozornost lidí, z výše uvedených čtyř důvodů žádný produkt nevyšel.Až do roku 1990, kdy se objevily polovodičové laserové tyče s vlnovými délkami 940 nm a 980 nm a objevily se nasycené absorpční materiály, jako je Co2+:MgAl2O4 (kobaltem dopovaný hlinitan hořečnatý), dvě hlavní úzká místa zdroje čerpadla a Q-switching byly rozbité.Výzkum skleněných laserů se rychle rozvíjel.Zejména v posledních letech miniaturní laserový modul Er ze skla v mé zemi, který integruje zdroj polovodičového čerpadla, sklo Er a rezonanční dutinu, neváží více než 10 g a má malou sériovou výrobní kapacitu modulů špičkového výkonu 50 kW.Kvůli špatnému tepelnému výkonu materiálu Er skla je však opakovací frekvence laserového modulu stále relativně nízká.Laserová frekvence modulu 50 kW je pouze 5 Hz a maximální frekvence laseru modulu 20 kW je 10 Hz, což lze použít pouze v nízkofrekvenčních aplikacích.
Laserový výstup 1,064 μm pulzního laseru Nd:YAG má špičkový výkon až megawattů.Když takto silné koherentní světlo prochází některými speciálními materiály, jeho fotony jsou neelasticky rozptýleny na molekulách materiálu, to znamená, že jsou fotony absorbovány a produkují relativně nízkofrekvenční fotony.Existují dva typy látek, které mohou dosáhnout tohoto efektu frekvenční konverze: jednou jsou nelineární krystaly, jako je KTP, LiNbO3 atd.;druhý je vysokotlaký plyn, jako je H2.Umístěte je do optické rezonanční dutiny, abyste vytvořili optický parametrický oscilátor (OPO).
OPO na bázi vysokotlakého plynu obvykle označuje stimulovaný parametrický oscilátor Ramanova rozptylového světla.Světlo čerpadla je částečně absorbováno a generuje nízkofrekvenční světelnou vlnu.Vyspělý Ramanův laser využívá 1,064 μm laser k čerpání vysokotlakého plynu H2 k získání 1,54 μm krátkovlnného infračerveného laseru.
OBRÁZEK 1
Typickou aplikací krátkovlnného infračerveného GV systému je dálkové zobrazování v noci.Laserový iluminátor by měl být krátkovlnný infračervený laser s krátkým pulsem s vysokým špičkovým výkonem a jeho opakovací frekvence by měla být v souladu se snímkovou frekvencí zábleskové kamery.Podle současného stavu krátkovlnných infračervených laserů doma i v zahraničí jsou nejlepší volbou diodově čerpané Er:YAG lasery a 1,57 μm pevnolátkové lasery na bázi OPO.Opakovací frekvenci a špičkový výkon miniaturního Er skleněného laseru je třeba ještě zlepšit.3.Aplikace krátkovlnného infračerveného laseru ve fotoelektrickém antiprůzkumu
Podstatou krátkovlnného infračerveného laserového antiprůzkumu je ozařování optoelektronického průzkumného zařízení nepřítele pracujícího v krátkovlnném infračerveném pásmu krátkovlnnými infračervenými laserovými paprsky tak, aby mohlo získat chybnou informaci o cíli nebo nemohlo normálně fungovat, popř. detektor je poškozen.Existují dvě typické antiprůzkumné metody krátkovlnného infračerveného laseru, jmenovitě rušení klamavou vzdáleností do laserového dálkoměru bezpečného pro lidské oko a potlačení poškození krátkovlnné infračervené kamery.
1.1 Rušení klamáním vzdálenosti do bezpečnostního laserového dálkoměru lidského oka
Pulzní laserový dálkoměr převádí vzdálenost mezi cílem a cílem časovým intervalem laserového pulsu jdoucího tam a zpět mezi odpalovacím bodem a cílem.Pokud detektor dálkoměru přijme jiné laserové pulsy předtím, než odražený echo signál cíle dosáhne bodu startu, zastaví časování a převedená vzdálenost není skutečná vzdálenost cíle, ale menší než skutečná vzdálenost cíle.Falešná vzdálenost, která dosahuje účelu oklamání vzdálenosti dálkoměru.U laserových dálkoměrů bezpečných pro oči lze použít krátkovlnné infračervené pulsní lasery stejné vlnové délky k implementaci rušení na dálku.
Laser, který implementuje rušení dálkoměru klamáním vzdálenosti, simuluje difúzní odraz cíle do laseru, takže špičkový výkon laseru je velmi nízký, ale měly by být splněny následující dvě podmínky:
1) Vlnová délka laseru musí být stejná jako pracovní vlnová délka rušeného dálkoměru.Před detektorem dálkoměru je instalován interferenční filtr a šířka pásma je velmi úzká.Lasery s jinou než pracovní vlnovou délkou nemohou dosáhnout fotocitlivého povrchu detektoru.Dokonce ani 1,54 μm a 1,57 μm lasery s podobnými vlnovými délkami se nemohou vzájemně rušit.
2) Frekvence opakování laseru musí být dostatečně vysoká.Detektor dálkoměru reaguje na laserový signál dosahující jeho fotocitlivého povrchu pouze při měření vzdálenosti.Aby se dosáhlo účinného rušení, měl by interferenční impuls vtlačit do vlnové brány dálkoměru alespoň 2 až 3 impulsy.Rozsah, kterého lze v současnosti dosáhnout, je řádově μs, takže rušivý laser musí mít vysokou opakovací frekvenci.Vezmeme-li jako příklad vzdálenost cíle 3 km, doba potřebná k tomu, aby se laser jednou vrátil tam a zpět, je 20 μs.Pokud jsou zadány alespoň 2 pulzy, musí opakovací frekvence laseru dosáhnout 50 kHz.Pokud je minimální dosah laserového dálkoměru 300 m, nemůže být opakovací frekvence rušičky nižší než 500 kHz.Tak vysoké opakovací frekvence mohou dosáhnout pouze polovodičové lasery a vláknové lasery.
1.2 Potlačující rušení a poškození krátkovlnných infračervených kamer
Jako hlavní součást krátkovlnného infračerveného zobrazovacího systému má krátkovlnná infračervená kamera omezený dynamický rozsah odezvy optického výkonu svého detektoru ohniskové roviny InGaAs.Pokud dopadající optický výkon překročí horní hranici dynamického rozsahu, dojde k saturaci a detektor nemůže provádět normální zobrazování.Vyšší výkon Laser způsobí trvalé poškození detektoru.
Kontinuální a nízkovýkonové polovodičové lasery a vláknové lasery s vysokou opakovací frekvencí jsou vhodné pro kontinuální potlačení rušení krátkovlnných infračervených kamer.Průběžně ozařujte krátkovlnnou infračervenou kameru laserem.V důsledku kondenzačního efektu optické čočky s velkým zvětšením je oblast, do které zasahuje laserová difuzní skvrna v ohniskové rovině InGaAs, silně nasycená, a proto ji nelze normálně zobrazit.Teprve poté, co je laserové ozařování na určitou dobu zastaveno, se může zobrazovací výkon postupně vrátit k normálu.
Podle výsledků mnohaletého výzkumu a vývoje laserových aktivních produktů protiopatření ve viditelném a blízkém infračerveném pásmu a několikanásobných testů účinnosti poškození v terénu mohou nevratné poškození televizoru způsobit pouze lasery s krátkým pulzem se špičkovým výkonem megawattů a vyšším. kamery ve vzdálenosti kilometrů.poškození.Zda lze dosáhnout účinku poškození, klíčový je špičkový výkon laseru.Dokud je špičkový výkon vyšší než práh poškození detektoru, jediný impuls může poškodit detektor.Z hlediska obtížnosti konstrukce laseru, odvodu tepla a spotřeby energie nemusí opakovací frekvence laseru nutně dosahovat snímkové frekvence kamery nebo dokonce vyšší a 10 Hz až 20 Hz může vyhovovat skutečným bojovým aplikacím.Krátkovlnné infračervené kamery samozřejmě nejsou výjimkou.
Detektory s ohniskovou rovinou InGaAs zahrnují CCD s ostřelováním elektrony založené na fotokatodách pro migraci elektronů InGaAs/InP a později vyvinutém CMOS.Jejich prahy saturace a poškození jsou řádově stejné jako u CCD/CMOS na bázi Si, ale detektory na bázi InGaAs/InP dosud nebyly získány.Data prahové hodnoty saturace a poškození CCD/COMS.
Podle současného stavu krátkovlnných infračervených laserů doma i v zahraničí je 1,57 μm repetitivní frekvenční pevnolátkový laser na bázi OPO stále nejlepší volbou pro laserové poškození CCD/COMS.Jeho vysoký výkon pronikání do atmosféry a vysoký špičkový výkon krátkopulzního laseru Pokrytí světelných bodů a efektivní charakteristiky jednotlivých pulzů jsou zřejmé pro měkkou zabíjející sílu optoelektronického systému na dlouhé vzdálenosti vybaveného krátkovlnnými infračervenými kamerami.
2 .Závěr
Krátkovlnné infračervené lasery s vlnovými délkami mezi 1,1 μm a 1,7 μm mají vysokou propustnost atmosféry a silnou schopnost pronikat oparem, deštěm, sněhem, kouřem, pískem a prachem.Je neviditelný pro tradiční zařízení pro noční vidění při slabém osvětlení.Laser v pásmu 1,4 μm až 1,6 μm je bezpečný pro lidské oko a má charakteristické vlastnosti, jako je vyspělý detektor s maximální vlnovou délkou odezvy v tomto rozsahu, a stal se důležitým směrem vývoje pro laserové vojenské aplikace.
Tento článek analyzuje technické vlastnosti a status quo čtyř typických krátkovlnných infračervených laserů, včetně fosforových polovodičových laserů, vláknových laserů dotovaných Er, pevnolátkových laserů dotovaných Er a pevnolátkových laserů na bázi OPO, a shrnuje použití těchto krátkovlnných infračervených laserů ve fotoelektrickém aktivním průzkumu.Typické aplikace v antiprůzkumu.
1) Nepřetržité vysokofrekvenční fosforové polovodičové lasery s nízkým špičkovým výkonem a vláknové lasery s příměsí Er se používají hlavně pro pomocné osvětlení pro dálkové stealth sledování a zaměřování v noci a potlačení rušení nepřátelských krátkovlnných infračervených kamer.Fosforové polovodičové lasery s vysokým opakováním s krátkým pulsem a vláknové lasery s příměsí Er jsou také ideálními zdroji světla pro vícepulzní systém pro bezpečné měření vzdálenosti zraku, laserové skenování zobrazovacího radaru a rušení vzdálenosti klamáním očního bezpečnostního laserového dálkoměru.
2) Pevné lasery na bázi OPO s nízkou opakovací frekvencí, ale se špičkovým výkonem megawattů nebo dokonce deseti megawattů mohou být široce používány v radarech s bleskovým zobrazováním, pozorování laserem na velké vzdálenosti v noci, poškození krátkovlnným infračerveným laserem a tradiční režim vzdálené lidské oči Bezpečnostní laserový dosah.
3) Miniaturní Er skleněný laser je jedním z nejrychleji rostoucích směrů krátkovlnných infračervených laserů v posledních letech.Aktuální úrovně výkonu a opakovací frekvence lze použít v miniaturních očních bezpečnostních laserových dálkoměrech.Časem, jakmile špičkový výkon dosáhne úrovně megawattů, může být použit pro zábleskový zobrazovací radar, pozorování laserovým hradlováním a laserové poškození krátkovlnných infračervených kamer.
4) Diodově čerpaný Er:YAG laser, který skrývá laserové výstražné zařízení, je hlavním směrem vývoje vysokovýkonných krátkovlnných infračervených laserů.Má velký aplikační potenciál ve flash lidaru, pozorování laserem na dlouhé vzdálenosti v noci a poškození laserem.
Vzhledem k tomu, že zbraňové systémy mají v posledních letech stále vyšší požadavky na integraci optoelektronických systémů, stala se malá a lehká laserová zařízení nevyhnutelným trendem ve vývoji laserových zařízení.Hlavním směrem vývoje krátkovlnných infračervených laserů se staly polovodičové lasery, vláknové lasery a miniaturní lasery s malými rozměry, nízkou hmotností a nízkou spotřebou energie.Zejména vláknové lasery s dobrou kvalitou paprsku mají velký aplikační potenciál v nočním pomocném osvětlení, stealth sledování a zaměřování, skenování zobrazovacího lidaru a rušení laserového potlačení.Výkon/energie těchto tří typů malých a lehkých laserů je však obecně nízká a lze je použít pouze pro některé průzkumné aplikace krátkého dosahu a nemohou uspokojit potřeby průzkumu na velké vzdálenosti a protiprůzkumu.Proto se vývoj zaměřuje na zvýšení výkonu/energie laseru.
Pevné lasery na bázi OPO mají dobrou kvalitu paprsku a vysoký špičkový výkon a jejich výhody při pozorování na dlouhé vzdálenosti, zábleskovém zobrazovacím radaru a poškození laserem jsou stále velmi zřejmé a výstupní energie laseru a frekvence opakování laseru by se měly dále zvýšit. .U diodově čerpaných Er:YAG laserů, pokud se energie pulsu zvýší a šířka pulsu se dále stlačí, stane se nejlepší alternativou k OPO pevnolátkovým laserům.Má výhody při pozorování na velké vzdálenosti, radarovém zobrazování bleskem a poškození laserem.Velký aplikační potenciál.
Více informací o produktu, můžete navštívit naše webové stránky:
https://www.erbiumtechnology.com/
E-mailem:devin@erbiumtechnology.com
WhatsApp: +86-18113047438
Fax: +86-2887897578
Add: No.23, Chaoyang road, Xihe street, Longquanyi distrcit, Chengdu, 610107, China.
Čas aktualizace: březen-02-2022
