Съгласно различния механизъм за генериране на късовълнови инфрачервени лазери, има три вида късовълнови инфрачервени лазери, а именно полупроводникови лазери, лазери с влакна и лазери в твърдо състояние.Сред тях твърдотелните лазери могат да бъдат разделени на твърдотелни лазери, базирани на оптично нелинейно преобразуване на дължината на вълната, и твърдотелни лазери, които директно генерират късовълнови инфрачервени лазери от лазерни работни материали.
Полупроводниковите лазери използват полупроводникови материали като лазерни работни материали, а дължината на вълната на изходния лазер се определя от забранената лента на полупроводниковите материали.С развитието на науката за материалите енергийните ленти на полупроводниковите материали могат да бъдат приспособени към по-широк диапазон от дължини на лазерните вълни чрез инженерство на енергийни ленти.Следователно с полупроводникови лазери могат да се получат множество късовълнови инфрачервени лазерни дължини на вълната.
Типичният лазерен работен материал за късовълнов инфрачервен полупроводников лазер е фосфорен материал.Например, полупроводников лазер с индиев фосфид с размер на апертурата 95 μm има дължини на вълната на изходния лазер от 1,55 μm и 1,625 μm, а мощността е достигнала 1,5 W.
Влакнестият лазер използва стъклени влакна, легирани с редкоземни елементи, като лазерна среда и полупроводников лазер като източник на помпа.Той има отлични характеристики като нисък праг, висока ефективност на преобразуване, добро качество на изходния лъч, проста структура и висока надеждност.Той може също така да се възползва от широкия спектър от радиация на редкоземни йони, за да формира регулируем лазер с влакна чрез добавяне на селективни оптични елементи като решетки в лазерния резонатор.Влакнестите лазери се превърнаха във важна посока в развитието на лазерната технология.
1. Твърдотелен лазер
Средите за лазерно усилване в твърдо състояние, които могат директно да генерират късовълнови инфрачервени лазери, са главно Er: YAG кристали и керамика и легирано с Er стъкло.Твърдотелният лазер, базиран на Er:YAG кристал и керамика, може директно да изведе 1,645 μm късовълнов инфрачервен лазер, който е гореща точка в изследванията на късовълнов инфрачервен лазер през последните години [3-5].Понастоящем импулсната енергия на Er: YAG лазери, използващи електрооптично или акустооптично Q-превключване, е достигнала няколко до десетки mJ, ширина на импулса от десетки ns и честота на повторение от десетки до хиляди Hz.Ако 1,532 μm полупроводников лазер се използва като източник на помпа, той ще има големи предимства в областта на лазерното активно разузнаване и лазерни противодействия, особено неговия стелт ефект върху типичните лазерни предупредителни устройства.
Er стъкленият лазер има компактна структура, ниска цена, леко тегло и може да реализира Q-switched работа.Това е предпочитаният източник на светлина за активно откриване на късовълнов инфрачервен лазер.Въпреки това, поради четирите недостатъка на материалите от Er стъкло: Първо, централната дължина на вълната на абсорбционния спектър е 940 nm или 976 nm, което прави изпомпването на лампата трудно постижимо;Второ, подготовката на материали от Er стъкло е трудна и не е лесно да се правят големи размери;Трето, Er стъкло. Материалът има лоши топлинни свойства и не е лесно да се постигне работа с повтаряща се честота за дълго време, да не говорим за непрекъсната работа;четвърто, няма подходящ материал за Q-превключване.Въпреки че изследването на късовълновия инфрачервен лазер, базиран на Er стъкло, винаги е привличало вниманието на хората, поради горните четири причини не е излязъл продукт.До 1990 г., с появата на полупроводникови лазерни пръти с дължини на вълните от 940 nm и 980 nm и появата на наситени абсорбционни материали като Co2+:MgAl2O4 (легиран с кобалт магнезиев алуминат), двете основни тесни места на източника на помпата и Q-превключването бяха счупени.Изследванията на стъклените лазери се развиха бързо.Особено през последните години миниатюрният лазерен модул от Er стъкло в моята страна, който интегрира полупроводников източник на помпа, Er стъкло и резонансна кухина, тежи не повече от 10 g и има малък партиден производствен капацитет от модули с пикова мощност от 50 kW.Въпреки това, поради лошите термични характеристики на материала Er стъкло, честотата на повторение на лазерния модул все още е сравнително ниска.Честотата на лазера на модула от 50 kW е само 5 Hz, а максималната честота на лазера на модула от 20 kW е 10 Hz, което може да се използва само в приложения с ниска честота.
Лазерният изход от 1,064 μm от импулсния лазер Nd:YAG има пикова мощност до мегавата.Когато такава силна кохерентна светлина преминава през някои специални материали, нейните фотони се разпръскват нееластично върху молекулите на материала, т.е. фотоните се абсорбират и произвеждат относително нискочестотни фотони.Има два вида вещества, които могат да постигнат този ефект на преобразуване на честотата: едните са нелинейни кристали, като KTP, LiNbO3 и др.;другият е газ под високо налягане като H2.Поставете ги в оптичната резонансна кухина, за да образувате оптичен параметричен осцилатор (OPO).
OPO, базиран на газ под високо налягане, обикновено се отнася до параметричен осцилатор на светлината със стимулирано раманово разсейване.Светлината на помпата се абсорбира частично и генерира нискочестотна светлинна вълна.Зрелият Раманов лазер използва 1,064 μm лазер за изпомпване на газ под високо налягане H2, за да получи 1,54 μm късовълнов инфрачервен лазер.
СНИМКА 1
Типичното приложение на късовълнова инфрачервена GV система е изобразяване на дълги разстояния през нощта.Лазерният осветител трябва да бъде късовълнов инфрачервен лазер с къси импулси и висока пикова мощност и неговата честота на повторение трябва да съответства на честотата на кадрите на светкавичната камера.Според текущото състояние на късовълновите инфрачервени лазери у нас и в чужбина, лазерите с диодна помпа Er: YAG и базираните на OPO 1,57 μm твърдотелни лазери са най-добрият избор.Честотата на повторение и пиковата мощност на миниатюрния лазер от Er стъкло все още трябва да бъдат подобрени.3.Приложение на късовълновия инфрачервен лазер във фотоелектричното противоразузнаване
Същността на късовълновото инфрачервено лазерно противоразузнаване е да облъчва оптико-електронното разузнавателно оборудване на противника, работещо в късовълновия инфрачервен диапазон, с късовълнови инфрачервени лазерни лъчи, така че да може да получи грешна информация за целта или да не може да работи нормално, или дори детекторът е повреден.Има два типични метода за антиразузнаване с инфрачервен лазер с къси вълни, а именно смущенията за измамно разстояние на безопасния за човешкото око лазерен далекомер и потискането на повредата на инфрачервената камера с къси вълни.
1.1 Смущения при измамно разстояние на безопасен лазерен далекомер за човешкото око
Импулсният лазерен далекомер преобразува разстоянието между целта и мишената чрез интервала от време на лазерния импулс, преминаващ напред и назад между точката на изстрелване и целта.Ако детекторът на далекомера получи други лазерни импулси, преди отразеният ехо сигнал на целта да достигне точката на изстрелване, той ще спре да измерва времето и преобразуваното разстояние не е действителното разстояние на целта, а по-малко от действителното разстояние на целта.Фалшива дистанция, която постига целта да се заблуди дистанцията на далекомера.За лазерни далекомери, безопасни за очите, късовълнови инфрачервени импулсни лазери със същата дължина на вълната могат да се използват за прилагане на смущения при измамно разстояние.
Лазерът, който прилага интерференцията за измамване на разстоянието на далекомера, симулира дифузното отражение на целта към лазера, така че пиковата мощност на лазера е много ниска, но трябва да бъдат изпълнени следните две условия:
1) Дължината на лазерната вълна трябва да бъде същата като работната дължина на вълната на интерфериращия далекомер.Пред детектора на далекомера е монтиран филтър за смущения, а честотната лента е много тясна.Лазери с дължини на вълните, различни от работната дължина на вълната, не могат да достигнат фоточувствителната повърхност на детектора.Дори лазерите от 1,54 μm и 1,57 μm с подобни дължини на вълните не могат да си взаимодействат.
2) Лазерната честота на повторение трябва да е достатъчно висока.Далекомерният детектор реагира на лазерния сигнал, достигащ неговата фоточувствителна повърхност само когато обхватът е измерен.За постигане на ефективна интерференция импулсът на смущение трябва да вкара най-малко 2 до 3 импулса във вълновия гейт на далекомера.Диапазонът, който може да бъде постигнат в момента, е от порядъка на μs, така че смущаващият лазер трябва да има висока честота на повторение.Вземайки целево разстояние от 3 km като пример, времето, необходимо на лазера да премине напред и назад веднъж, е 20 μs.Ако са въведени поне 2 импулса, честотата на повторение на лазера трябва да достигне 50 kHz.Ако минималният обхват на лазерния далекомер е 300 m, честотата на повторение на смутителя не може да бъде по-ниска от 500 kHz.Само полупроводниковите лазери и лазерите с влакна могат да постигнат толкова висока честота на повторение.
1.2 Потискащи смущения и повреда на късовълнови инфрачервени камери
Като основен компонент на късовълновата инфрачервена система за изображения, късовълновата инфрачервена камера има ограничен динамичен обхват на оптичната мощност на реакция на своя детектор на фокалната равнина InGaAs.Ако инцидентната оптична мощност превиши горната граница на динамичния диапазон, ще настъпи насищане и детекторът не може да извърши нормално изобразяване.По-висока мощност Лазерът ще причини трайна повреда на детектора.
Полупроводникови лазери с непрекъсната и ниска пикова мощност и оптични лазери с висока честота на повторение са подходящи за непрекъснато потискане на смущенията на късовълнови инфрачервени камери.Непрекъснато облъчвайте късовълновата инфрачервена камера с лазер.Поради кондензиращия ефект на голямото увеличение на оптичната леща, областта, достигната от лазерно дифузното петно върху фокалната равнина на InGaAs, е силно наситена и следователно не може да бъде изобразена нормално.Само след като лазерното облъчване бъде спряно за определен период от време, ефективността на изображенията може постепенно да се върне към нормалното.
Според резултатите от дългогодишно изследване и разработване на лазерни активни продукти за противодействие във видимия и близкия до инфрачервения диапазон и многобройни тестове за ефективност при повреда на полето, само лазери с къс импулс с пикова мощност от мегавата и повече могат да причинят необратими щети на телевизора камери на километри разстояние.щета.Дали ефектът на увреждане може да бъде постигнат, пиковата мощност на лазера е ключът.Докато пиковата мощност е по-висока от прага на повреда на детектора, единичен импулс може да повреди детектора.От гледна точка на трудността при проектирането на лазера, разсейването на топлината и консумацията на енергия, честотата на повторение на лазера не е задължително да достига кадровата честота на камерата или дори по-висока, а 10 Hz до 20 Hz могат да отговарят на реални бойни приложения.Естествено, късовълновите инфрачервени камери не са изключение.
InGaAs детекторите с фокална равнина включват CCD с електронно бомбардиране, базирани на InGaAs/InP електронни миграционни фотокатоди и CMOS, разработени по-късно.Техните прагове на насищане и повреда са в същия порядък като CCD/CMOS базирани на Si, но базирани на InGaAs/InP детектори все още не са получени.Данни за прага на насищане и увреждане на CCD/COMS.
Според текущото състояние на късовълновите инфрачервени лазери у нас и в чужбина, твърдотелният лазер с повтаряща се честота 1,57 μm, базиран на OPO, все още е най-добрият избор за лазерно увреждане на CCD/COMS.Неговата висока производителност при проникване в атмосферата и лазер с къс импулс с висока пикова мощност Покритието на светлинното петно и ефективните характеристики на единичен импулс са очевидни за меката сила на убиване на оптоелектронната система на дълги разстояния, оборудвана с инфрачервени камери с къси вълни.
2 .Заключение
Късовълновите инфрачервени лазери с дължини на вълните между 1,1 μm и 1,7 μm имат висока атмосферна пропускливост и силна способност да проникват през мъгла, дъжд, сняг, дим, пясък и прах.Той е невидим за традиционното оборудване за нощно виждане при слаба светлина.Лазерът в обхвата от 1,4 µm до 1,6 µm е безопасен за човешкото око и има отличителни характеристики като зрял детектор с максимална дължина на вълната на отговор в този диапазон и се превърна във важна посока на развитие за лазерни военни приложения.
Тази статия анализира техническите характеристики и статуквото на четири типични късовълнови инфрачервени лазера, включително фосфорни полупроводникови лазери, лазери с Er-оптични влакна, легирани с Er твърдотелни лазери и OPO-базирани лазери в твърдо състояние, и обобщава употребата на тези късовълнови инфрачервени лазери във фотоелектрическото активно разузнаване.Типични приложения в антиразузнаването.
1) Фосфорни полупроводникови лазери с непрекъсната и ниска пикова мощност с висока честота на повторение и оптични лазери с добавка Er се използват главно за спомагателно осветление за стелт наблюдение на дълги разстояния и насочване през нощта и потискане на смущенията на вражеските късовълнови инфрачервени камери.Фосфорните полупроводникови лазери с къси импулси с висока повторяемост и оптични лазери с добавка на Er също са идеални източници на светлина за многоимпулсна система за измерване на обхвата на безопасността на очите, радар за изображения с лазерно сканиране и лазерен далекомер за безопасност на очите, измамна интерференция.
2) Базираните на OPO твърдотелни лазери с ниска честота на повторение, но с пикова мощност от мегавата или дори десет мегавата могат да бъдат широко използвани в радари за светкавично изображение, наблюдение на лазерно стробиране на дълги разстояния през нощта, късовълнови инфрачервени лазерни повреди и традиционен режим на дистанционни човешки очи Безопасно лазерно определяне на разстоянието.
3) Миниатюрният лазер от Er стъкло е едно от най-бързо развиващите се направления на късовълновите инфрачервени лазери през последните години.Настоящите нива на мощност и честота на повторение могат да се използват в миниатюрни лазерни далекомери за безопасност на очите.След време, след като пиковата мощност достигне нивото на мегавата, той може да се използва за радар за светкавица, наблюдение с лазерно стробиране и лазерно увреждане на късовълнови инфрачервени камери.
4) Er:YAG лазерът с диодна помпа, който скрива лазерното предупредително устройство, е основната посока на развитие на високомощните късовълнови инфрачервени лазери.Той има голям потенциал за приложение при флаш лидар, наблюдение на лазерно стробиране на дълги разстояния през нощта и лазерни повреди.
През последните години, тъй като оръжейните системи имат все по-високи изисквания за интегриране на оптоелектронни системи, малкото и леко лазерно оборудване се превърна в неизбежна тенденция в развитието на лазерното оборудване.Полупроводниковите лазери, лазерите с влакна и миниатюрните лазери с малък размер, леко тегло и ниска консумация на енергия Лазерите от Er стъкло се превърнаха в основната посока в развитието на късовълновите инфрачервени лазери.По-специално, влакнестите лазери с добро качество на лъча имат голям потенциал за приложение при нощно допълнително осветление, стелт наблюдение и насочване, лидар за сканиране на изображения и лазерно потискане на смущения.Въпреки това, мощността/енергията на тези три вида малки и леки лазери обикновено е ниска и може да се използва само за някои приложения за разузнаване на малък обсег и не може да отговори на нуждите на разузнаването на далечни разстояния и контраразузнаването.Следователно фокусът на разработката е да се увеличи мощността/енергията на лазера.
Базираните на OPO твърдотелни лазери имат добро качество на лъча и висока пикова мощност и техните предимства при наблюдение на дълги разстояния, радар за светкавично изображение и лазерни повреди са все още много очевидни и лазерната изходна енергия и лазерната честота на повторение трябва да бъдат допълнително увеличени .За Er:YAG лазери с диодна помпа, ако импулсната енергия се увеличи, докато ширината на импулса е допълнително компресирана, това ще стане най-добрата алтернатива на OPO твърдотелните лазери.Той има предимства при наблюдение на дълги разстояния, радар за светкавично изображение и лазерно увреждане.Голям потенциал за приложение.
Повече информация за продукта можете да посетите нашия уебсайт:
https://www.erbiumtechnology.com/
Електронна поща:devin@erbiumtechnology.com
WhatsApp: +86-18113047438
Факс: +86-2887897578
Добавяне: No.23, Chaoyang road, Xihe street, Longquanyi distrcit, Chengdu, 610107, Китай.
Време за актуализация: 2 март 2022 г
