I henhold til den forskjellige generasjonsmekanismen for kortbølge infrarøde lasere, er det tre typer kortbølge infrarøde lasere, nemlig halvlederlasere, fiberlasere og solid-state lasere.Blant dem kan solid-state lasere deles inn i solid state lasere basert på optisk ikke-lineær bølgelengdekonvertering og solid state lasere som direkte genererer kortbølge infrarøde lasere fra laserarbeidsmaterialer.
Halvlederlasere bruker halvledermaterialer som laserarbeidsmaterialer, og utgangslaserbølgelengden bestemmes av båndgapet til halvledermaterialene.Med utviklingen av materialvitenskap kan energibånd av halvledermaterialer skreddersys til et bredere spekter av laserbølgelengder gjennom energibåndteknikk.Derfor kan flere kortbølgede infrarøde laserbølgelengder oppnås med halvlederlasere.
Det typiske laserarbeidsmaterialet til kortbølget infrarød halvlederlaser er fosformateriale.For eksempel har en indiumfosfid-halvlederlaser med en blenderstørrelse på 95 μm utgangslaserbølgelengder på 1,55 μm og 1,625 μm, og effekten har nådd 1,5 W.
Fiberlaser bruker sjeldne-jord-dopet glassfiber som lasermedium og halvlederlaser som pumpekilde.Den har utmerkede egenskaper som lav terskel, høy konverteringseffektivitet, god utgangsstrålekvalitet, enkel struktur og høy pålitelighet.Den kan også dra nytte av det brede spekteret av sjeldne jordarts-ionestråling for å danne en avstembar fiberlaser ved å legge til selektive optiske elementer som gitter i laserresonatoren.Fiberlasere har blitt en viktig retning i utviklingen av laserteknologi.
1. Solid state laser
Solid-state laser gain media som direkte kan generere kortbølge infrarøde lasere er hovedsakelig Er: YAG krystaller og keramikk, og Er-dopet glass.Solid-state laseren basert på Er:YAG krystall og keramikk kan direkte sende ut 1,645μm kortbølge infrarød laser, som er et hot spot i forskningen på kortbølge infrarød laser de siste årene [3-5].For tiden har pulsenergien til Er: YAG-lasere som bruker elektro-optisk eller akusto-optisk Q-svitsjing nådd noen få til titalls mJ, en pulsbredde på titalls ns og en repetisjonsfrekvens på titalls til tusenvis av Hz.Hvis en 1.532 μm halvlederlaser brukes som pumpekilde, vil den ha store fordeler innen laseraktiv rekognosering og lasermottiltak, spesielt dens stealth-effekt på typiske laservarslingsenheter.
Er glasslaser har kompakt struktur, lav pris, lav vekt og kan realisere Q-svitsjet drift.Det er den foretrukne lyskilden for aktiv deteksjon av kortbølget infrarød laser.Men på grunn av de fire manglene til Er glassmaterialer: For det første er den sentrale bølgelengden til absorpsjonsspekteret 940 nm eller 976 nm, noe som gjør lampepumping vanskelig å oppnå;For det andre er fremstillingen av Er glassmaterialer vanskelig og det er ikke lett å lage store størrelser;For det tredje, Er glass Materialet har dårlige termiske egenskaper, og det er ikke lett å oppnå repeterende frekvensdrift i lang tid, enn si kontinuerlig drift;For det fjerde er det ikke noe egnet Q-switchingsmateriale.Selv om forskningen på kortbølget infrarød laser basert på Er-glass alltid har tiltrukket seg folks oppmerksomhet, har det ikke kommet ut noe produkt på grunn av de fire ovennevnte grunnene.Fram til 1990, med fremveksten av halvlederlaserstenger med bølgelengder på 940 nm og 980 nm, og fremveksten av mettede absorpsjonsmaterialer som Co2+:MgAl2O4 (koboltdopet magnesiumaluminat), de to store flaskehalsene ved pumpekilde og Q-switch ble ødelagt.Forskningen på glasslasere har utviklet seg raskt.Spesielt de siste årene veier mitt lands miniatyr Er glass lasermodul, som integrerer halvlederpumpekilde, Er glass og resonant hulrom, ikke mer enn 10 g, og har en liten batch produksjonskapasitet på 50 kW toppeffektmoduler.Men på grunn av den dårlige termiske ytelsen til Er-glassmateriale, er gjentakelsesfrekvensen til lasermodulen fortsatt relativt lav.Laserfrekvensen til 50 kW-modulen er bare 5 Hz, og den maksimale laserfrekvensen til 20 kW-modulen er 10 Hz, som kun kan brukes i lavfrekvente applikasjoner.
Den 1,064 μm laserutgangen fra Nd:YAG-pulslaseren har en toppeffekt på opptil megawatt.Når et så sterkt sammenhengende lys passerer gjennom noen spesielle materialer, blir dets fotoner uelastisk spredt på molekylene i materialet, det vil si at fotonene absorberes og produseres relativt lavfrekvente fotoner.Det er to typer stoffer som kan oppnå denne frekvenskonverteringseffekten: den ene er ikke-lineære krystaller, slik som KTP, LiNbO3, etc.;den andre er høytrykksgass som H2.Plasser dem i det optiske resonanshulrommet for å danne en optisk parametrisk oscillator (OPO).
OPO basert på høytrykksgass refererer vanligvis til en stimulert Raman-spredningslys parametrisk oscillator.Pumpelyset absorberes delvis og genererer en lavfrekvent lysbølge.Den modne Raman-laseren bruker en 1,064 μm laser for å pumpe høytrykksgass H2 for å oppnå en 1,54 μm kortbølget infrarød laser.
BILDE 1
Den typiske bruken av kortbølget infrarødt GV-system er langdistanseavbildning om natten.Laserbelysningsinstrumentet skal være en kortpulset kortbølget infrarød laser med høy toppeffekt, og repetisjonsfrekvensen skal være i samsvar med rammefrekvensen til det strobede kameraet.I henhold til gjeldende status for kortbølgede infrarøde lasere i inn- og utland er diodepumpede Er: YAG-lasere og OPO-baserte 1,57 μm solid-state lasere de beste valgene.Gjentakelsesfrekvensen og toppeffekten til miniatyrglasslaseren Er fortsatt må forbedres.3.Anvendelse av kortbølget infrarød laser i fotoelektrisk anti-rekognosering
Essensen av kortbølge infrarød laser anti-rekognosering er å bestråle fiendens optoelektroniske rekognoseringsutstyr som arbeider i det kortbølgede infrarøde båndet med kortbølgede infrarøde laserstråler, slik at det kan få feil målinformasjon eller ikke kan fungere normalt, eller til og med detektoren er skadet.Det er to typiske anti-rekognoseringsmetoder med kortbølge infrarød laser, nemlig avstandsbedragsinterferens til den menneskelige øyesikre laseravstandsmåleren og undertrykkelsesskaden på det kortbølgede infrarøde kameraet.
1.1 Avstandsbedragsinterferens til sikkerhetslaseravstandsmåler for mennesker
Den pulserte laseravstandsmåleren konverterer avstanden mellom målet og målet med tidsintervallet for laserpulsen som går frem og tilbake mellom utskytningspunktet og målet.Hvis avstandsmålerdetektoren mottar andre laserpulser før det reflekterte ekkosignalet til målet når utskytningspunktet, vil den stoppe timingen, og den konverterte avstanden er ikke den faktiske avstanden til målet, men mindre enn den faktiske avstanden til målet.Falsk avstand, som oppnår formålet med å lure avstanden til avstandsmåleren.For øyesikre laseravstandsmålere kan kortbølgede infrarøde pulslasere med samme bølgelengde brukes til å implementere avstandsbedragsinterferens.
Laseren som implementerer avstandsbedragsinterferensen til avstandsmåleren simulerer den diffuse refleksjonen av målet til laseren, så lasertoppeffekten er veldig lav, men følgende to betingelser bør oppfylles:
1) Laserbølgelengden må være den samme som arbeidsbølgelengden til den interfererte avstandsmåleren.Et interferensfilter er installert foran avstandsmålerdetektoren, og båndbredden er veldig smal.Lasere med andre bølgelengder enn arbeidsbølgelengden kan ikke nå den lysfølsomme overflaten til detektoren.Selv 1,54 μm og 1,57 μm lasere med lignende bølgelengder kan ikke forstyrre hverandre.
2) Laserrepetisjonsfrekvensen må være høy nok.Avstandsmålerdetektoren reagerer på at lasersignalet når sin lysfølsomme overflate kun når avstanden måles.For å oppnå effektiv interferens, bør interferenspulsen minst presses inn i avstandsmålerens bølgeport 2 til 3 pulser.Avstandsporten som kan oppnås for øyeblikket er i størrelsesorden μs, så den forstyrrende laseren må ha en høy repetisjonsfrekvens.Med en målavstand på 3 km som et eksempel, er tiden det tar for laseren å gå frem og tilbake én gang 20 μs.Hvis det legges inn minst 2 pulser, må laserrepetisjonsfrekvensen nå 50 kHz.Hvis minimumsrekkevidden til laseravstandsmåleren er 300 m, kan ikke gjentakelsesfrekvensen til jammeren være lavere enn 500 kHz.Bare halvlederlasere og fiberlasere kan oppnå en så høy repetisjonshastighet.
1.2 Undertrykkende interferens og skade på kortbølgede infrarøde kameraer
Som kjernekomponenten i det kortbølgede infrarøde bildesystemet, har det kortbølgede infrarøde kameraet et begrenset dynamisk rekkevidde for optisk responsstyrke til InGaAs fokalplandetektoren.Hvis den innfallende optiske effekten overskrider den øvre grensen for det dynamiske området, vil metning oppstå, og detektoren kan ikke utføre normal avbildning.Høyere effekt Laseren vil forårsake permanent skade på detektoren.
Halvlederlasere med kontinuerlig og lav toppeffekt og fiberlasere med høy repetisjonsfrekvens er egnet for kontinuerlig undertrykkelse av interferens fra kortbølgede infrarøde kameraer.Bestråle det kortbølgede infrarøde kameraet kontinuerlig med en laser.På grunn av den store forstørrelseskondenserende effekten av den optiske linsen, er området som nås av det laserdiffunderte punktet på InGaAs-fokalplanet sterkt mettet, og kan derfor ikke avbildes normalt.Først etter at laserbestrålingen er stoppet i en periode, kan bildeytelsen gradvis gå tilbake til det normale.
I henhold til resultatene fra mange års forskning og utvikling av laseraktive mottiltaksprodukter i synlige og nær-infrarøde bånd og tester for effektivisering av flere feltskader, kan bare kortpulslasere med en toppeffekt på megawatt og over forårsake irreversibel skade på TV-en. kameraer i en avstand på kilometer unna.skader.Hvorvidt skadeeffekten kan oppnås, er toppeffekten til laseren nøkkelen.Så lenge toppeffekten er høyere enn detektorskadeterskelen, kan en enkelt puls skade detektoren.Fra perspektivet med laserdesignvansker, varmespredning og strømforbruk, trenger ikke repetisjonsfrekvensen til laseren nødvendigvis å nå kameraets bildefrekvens eller enda høyere, og 10 Hz til 20 Hz kan møte faktiske kampapplikasjoner.Naturligvis er kortbølge infrarøde kameraer intet unntak.
InGaAs fokalplandetektorer inkluderer elektronbombardement CCD-er basert på InGaAs/InP elektronmigrasjonsfotokatoder og CMOS senere utviklet.Deres metnings- og skadeterskler er i samme størrelsesorden som Si-baserte CCD/CMOS, men InGaAs/InP-baserte detektorer er ennå ikke oppnådd.Metnings- og skadeterskeldata for CCD/COMS.
I henhold til gjeldende status for kortbølge infrarøde lasere i inn- og utland, er 1,57 μm repetitiv frekvens solid-state laser basert på OPO fortsatt det beste valget for laserskader på CCD/COMS.Dens høye atmosfæriske penetrasjonsytelse og høye toppeffekt kortpulslaser Lyspunktdekningen og enkeltpulseffektive egenskaper er åpenbare for den myke drepende kraften til det langdistanse optoelektroniske systemet utstyrt med kortbølgede infrarøde kameraer.
2. Konklusjon
Kortbølgede infrarøde lasere med bølgelengder mellom 1,1 μm og 1,7 μm har høy atmosfærisk transmittans og sterk evne til å trenge gjennom dis, regn, snø, røyk, sand og støv.Det er usynlig for tradisjonelt nattsynsutstyr med lite lys.Laseren i båndet 1,4 μm til 1,6 μm er trygg for det menneskelige øyet, og har karakteristiske trekk som en moden detektor med en maksimal responsbølgelengde i dette området, og har blitt en viktig utviklingsretning for militære laserapplikasjoner.
Denne artikkelen analyserer de tekniske egenskapene og status quo til fire typiske kortbølge infrarøde lasere, inkludert fosforhalvlederlasere, Er-dopet fiberlasere, Er-dopet solid-state lasere og OPO-baserte solid state lasere, og oppsummerer bruken av disse kortbølgede infrarøde laserne i fotoelektrisk aktiv rekognosering.Typiske bruksområder innen anti-rekognosering.
1) Kontinuerlig og lav toppeffekt høyrepetisjonsfrekvens fosforhalvlederlasere og Er-dopet fiberlasere brukes hovedsakelig til hjelpelys for langdistanse stealth-overvåking og sikting om natten og undertrykker forstyrrelser til fiendens kortbølgede infrarøde kameraer.Høyrepetitive kortpulsede fosfor-halvlederlasere og Er-dopete fiberlasere er også ideelle lyskilder for multi-puls system øyesikkerhetsavstand, laserskanning bilderadar og øyesikkerhet laser avstandsmåler avstandsbedrag interferens.
2) OPO-baserte solid-state lasere med lav repetisjonshastighet, men med en toppeffekt på megawatt eller til og med ti megawatt kan brukes mye i blitsavbildningsradar, langdistanse lasergatingobservasjon om natten, kortbølget infrarød laserskade og tradisjonell modus fjernkontroll menneskelige øyne Sikkerhetslaseravstand.
3) Er-glasslaseren i miniatyr er en av de raskest voksende retningene for kortbølgede infrarøde lasere de siste årene.Gjeldende kraft- og repetisjonsfrekvensnivåer kan brukes i miniatyravstandsmålere for øyesikkerhetslaser.Med tiden, når toppeffekten når megawatt-nivået, kan den brukes til blitsavbildningsradar, lasergateobservasjon og laserskader på kortbølgede infrarøde kameraer.
4) Den diodepumpede Er:YAG-laseren som skjuler laservarslingsenheten er den vanlige utviklingsretningen for kortbølge-infrarøde lasere med høy effekt.Den har et stort brukspotensial i flash lidar, langdistanse laser gating observasjon om natten, og laser skade.
De siste årene, ettersom våpensystemer har høyere og høyere krav til integrering av optoelektroniske systemer, har det lille og lette laserutstyret blitt en uunngåelig trend i utviklingen av laserutstyr.Halvlederlasere, fiberlasere og miniatyrlasere med liten størrelse, lav vekt og lavt strømforbruk Er glasslasere har blitt hovedretningen for utviklingen av kortbølgede infrarøde lasere.Spesielt har fiberlasere med god strålekvalitet et stort brukspotensiale i tilleggsbelysning om natten, stealth-overvåking og sikting, skanning av bildebehandlingslidar og laserundertrykkelsesinterferens.Imidlertid er kraften/energien til disse tre typene av små og lette lasere generelt lav, og kan bare brukes til enkelte kortdistanse-rekognoseringsapplikasjoner, og kan ikke møte behovene til langdistanse-rekognosering og motrekognosering.Derfor er fokus for utvikling å øke laserkraften/energien.
OPO-baserte solid-state lasere har god strålekvalitet og høy toppeffekt, og deres fordeler i langdistanse gated observasjon, blitsavbildningsradar og laserskader er fortsatt veldig åpenbare, og laserutgangsenergien og laserrepetisjonsfrekvensen bør økes ytterligere .For diodepumpede Er:YAG-lasere, hvis pulsenergien økes mens pulsbredden komprimeres ytterligere, vil det bli det beste alternativet til OPO solid-state lasere.Den har fordeler ved gated observasjon over lang avstand, blitsavbildningsradar og laserskader.Stort brukspotensial.
Mer produktinformasjon, du kan besøke nettstedet vårt:
https://www.erbiumtechnology.com/
E-post:devin@erbiumtechnology.com
WhatsApp: +86-18113047438
Faks: +86-2887897578
Legg til: No.23, Chaoyang road, Xihe street, Longquanyi distrcit, Chengdu, 610107, Kina.
Oppdateringstid: Mar-02-2022
