Відповідно до різного механізму генерації короткохвильових інфрачервоних лазерів існує три типи короткохвильових інфрачервоних лазерів, а саме напівпровідникові лазери, волоконні лазери та твердотільні лазери.Серед них твердотільні лазери можна розділити на твердотільні лазери на основі оптичного нелінійного перетворення довжини хвилі та твердотільні лазери, які безпосередньо генерують короткохвильові інфрачервоні лазери з лазерних робочих матеріалів.
Напівпровідникові лазери використовують напівпровідникові матеріали як робочі матеріали лазера, а вихідна довжина хвилі лазера визначається шириною забороненої зони напівпровідникових матеріалів.З розвитком матеріалознавства енергетичні зони напівпровідникових матеріалів можна пристосувати до більш широкого діапазону довжин хвиль лазера за допомогою розробки енергетичних зон.Таким чином, декілька короткохвильових інфрачервоних лазерних довжин хвиль можна отримати за допомогою напівпровідникових лазерів.
Типовим робочим матеріалом для короткохвильового інфрачервоного напівпровідникового лазера є люмінофор.Наприклад, напівпровідниковий лазер на фосфіді індію з розміром апертури 95 мкм має вихідну довжину хвилі лазера 1,55 мкм і 1,625 мкм, а потужність досягає 1,5 Вт.
Волоконний лазер використовує скловолокно, леговане рідкоземельними елементами, як лазерне середовище та напівпровідниковий лазер як джерело накачування.Він має чудові характеристики, такі як низький поріг, висока ефективність перетворення, хороша якість вихідного променя, проста структура та висока надійність.Він також може використовувати переваги широкого спектру випромінювання рідкоземельних іонів для створення регульованого волоконного лазера шляхом додавання селективних оптичних елементів, таких як решітки в лазерний резонатор.Важливим напрямком розвитку лазерної техніки стали волоконні лазери.
1. Твердотільний лазер
Твердотільні лазерні підсилювачі, які можуть безпосередньо генерувати короткохвильові інфрачервоні лазери, це переважно Er: кристали й кераміка YAG, а також скло, леговане Er.Твердотільний лазер на основі кристала Er:YAG і кераміки може безпосередньо виводити короткохвильовий інфрачервоний лазер 1,645 мкм, який є гарячою точкою в дослідженнях короткохвильового інфрачервоного лазера в останні роки [3-5].В даний час енергія імпульсу Er: YAG-лазерів, що використовують електрооптичну або акустооптичну модуляцію добротності, досягла від кількох до десятків мДж, ширини імпульсу від десятків нс і частоти повторення від десятків до тисяч Гц.Якщо напівпровідниковий лазер 1,532 мкм використовувати як джерело накачування, він матиме великі переваги в області активної лазерної розвідки та лазерної протидії, особливо його невидимий ефект на типових лазерних попереджувальних пристроях.
Лазер зі скла Er має компактну структуру, низьку вартість, малу вагу та може реалізувати роботу з Q-перемикачем.Це найкраще джерело світла для активного виявлення короткохвильового інфрачервоного лазера.Однак через чотири недоліки скляних матеріалів Er: по-перше, центральна довжина хвилі спектру поглинання становить 940 нм або 976 нм, що ускладнює накачування лампою;По-друге, підготовка матеріалів зі скла Er складна, і непросто зробити великі розміри;По-третє, скло Er. Матеріал має погані термічні властивості, і нелегко досягти тривалої роботи з повторюваною частотою, не кажучи вже про безперервну роботу;по-четверте, немає відповідного матеріалу для Q-перемикання.Незважаючи на те, що дослідження короткохвильового інфрачервоного лазера на основі Er скла завжди привертали увагу людей, через чотири вищезазначені причини жодного продукту не вийшло.До 1990 року, з появою напівпровідникових лазерних стрижнів з довжинами хвиль 940 нм і 980 нм і появою насичених абсорбційних матеріалів, таких як Co2+:MgAl2O4 (легований кобальтом алюмінат магнію), двома основними вузькими місцями були джерело накачування та модуляція добротності. були зламані.Дослідження скляних лазерів швидко розвиваються.Особливо в останні роки, мініатюрний лазерний модуль з Er скла в моїй країні, який інтегрує напівпровідникове джерело накачування, Er скло та резонатор, важить не більше 10 г і має потужність невеликого серійного виробництва модулів пікової потужності 50 кВт.Однак через низькі теплові характеристики матеріалу зі скла Er частота повторення лазерного модуля все ще відносно низька.Частота лазера модуля потужністю 50 кВт становить лише 5 Гц, а максимальна частота лазера модуля потужністю 20 кВт становить 10 Гц, що можна використовувати лише в низькочастотних додатках.
Лазерний вихід 1,064 мкм імпульсного лазера Nd:YAG має пікову потужність до мегават.Коли таке сильне когерентне світло проходить через деякі спеціальні матеріали, його фотони непружно розсіюються на молекулах матеріалу, тобто фотони поглинаються і виробляють відносно низькочастотні фотони.Існує два типи речовин, які можуть досягти такого ефекту перетворення частоти: один — це нелінійні кристали, такі як KTP, LiNbO3 тощо;інший - газ високого тиску, такий як H2.Помістіть їх у оптичну резонансну порожнину, щоб сформувати оптичний параметричний осцилятор (OPO).
OPO на основі газу високого тиску зазвичай відноситься до параметричного осцилятора вимушеного комбінаційного розсіювання світла.Світло насоса частково поглинається і генерує світлову хвилю низької частоти.Зрілий раманівський лазер використовує лазер 1,064 мкм для накачування газу високого тиску H2 для отримання короткохвильового інфрачервоного лазера 1,54 мкм.
МАЛЮНКА 1
Типовим застосуванням короткохвильової інфрачервоної GV-системи є отримання зображень на великій відстані вночі.Лазерний освітлювач повинен бути короткоімпульсним короткохвильовим інфрачервоним лазером з високою піковою потужністю, а його частота повторення повинна відповідати частоті кадрів стробоскопічної камери.Відповідно до поточного стану короткохвильових інфрачервоних лазерів у країні та за кордоном, найкращим вибором є лазери Er:YAG з діодною накачкою та твердотільні лазери на основі OPO 1,57 мкм.Частоту повторення та пікову потужність мініатюрного лазера зі скла Er потрібно ще покращити.3.Застосування короткохвильового інфрачервоного лазера в фотоелектричній протирозвідці
Суть короткохвильової інфрачервоної лазерної протирозвідки полягає в опроміненні оптико-електронної розвідки противника, яка працює в короткохвильовому інфрачервоному діапазоні, короткохвильовими інфрачервоними лазерними променями, щоб вона могла отримати невірну інформацію про ціль або не працювати нормально, або навіть детектор пошкоджений.Існують два типових методу короткохвильової інфрачервоної лазерної антирозвідки, а саме: введення перешкод безпечному для людського ока лазерному далекоміру з обманом відстані та придушення пошкодження короткохвильової інфрачервоної камери.
1.1 Перешкоди, що обманюють відстань, безпечному лазерному далекоміру для очей людини
Імпульсний лазерний далекомір перетворює відстань між ціллю і ціллю на інтервал часу проходження лазерного імпульсу вперед і назад між точкою запуску і ціллю.Якщо далекомірний детектор отримує інші лазерні імпульси до того, як відбитий ехо-сигнал цілі досягне точки запуску, він припинить вимірювання часу, і перетворена відстань не є фактичною відстанню до цілі, а меншою за фактичну відстань до цілі.Фальшива відстань, яка досягає мети обдурити відстань далекоміра.Для безпечних для очей лазерних далекомірів можна використовувати короткохвильові інфрачервоні імпульсні лазери з тією ж довжиною хвилі для створення перешкод для обману відстані.
Лазер, який реалізує перешкоди обману далекоміра, імітує дифузне відбиття цілі від лазера, тому пікова потужність лазера дуже низька, але повинні бути виконані такі дві умови:
1) Довжина хвилі лазера має бути такою самою, як робоча довжина хвилі далекоміра з перешкодами.Перед далекомірним детектором встановлений фільтр перешкод, смуга пропускання якого дуже вузька.Лазери з довжиною хвилі, відмінною від робочої довжини хвилі, не можуть досягти світлочутливої поверхні детектора.Навіть лазери 1,54 мкм і 1,57 мкм з однаковою довжиною хвилі не можуть заважати один одному.
2) Частота повторення лазера повинна бути достатньо високою.Далекомірний детектор реагує на лазерний сигнал, що досягає його світлочутливої поверхні, лише коли дальність вимірюється.Щоб досягти ефективної інтерференції, інтерференційний імпульс повинен принаймні видавити в строб далекоміра 2-3 імпульси.Строб дальності, якого можна досягти в даний час, становить порядок мкс, тому лазер, що створює перешкоди, повинен мати високу частоту повторення.Взявши для прикладу відстань до цілі 3 км, час, необхідний для того, щоб лазер пройшов один раз вперед і назад, становить 20 мкс.При введенні не менше 2 імпульсів частота повторення лазера повинна досягати 50 кГц.Якщо мінімальна дальність дії лазерного далекоміра становить 300 м, то частота повторення глушника не може бути нижчою за 500 кГц.Тільки напівпровідникові та волоконні лазери можуть досягти такої високої частоти повторення.
1.2 Придушення перешкод і пошкодження короткохвильових інфрачервоних камер
Будучи основним компонентом короткохвильової інфрачервоної системи візуалізації, короткохвильова інфрачервона камера має обмежений динамічний діапазон оптичної потужності відгуку детектора фокальної площини InGaAs.Якщо падаюча оптична потужність перевищує верхню межу динамічного діапазону, відбудеться насичення, і детектор не зможе виконувати нормальне зображення.Вища потужність лазера призведе до постійного пошкодження детектора.
Напівпровідникові лазери безперервної та низької пікової потужності та волоконні лазери з високою частотою повторення підходять для безперервного придушення перешкод короткохвильових інфрачервоних камер.Безперервно опромінюйте короткохвильову інфрачервону камеру лазером.Через конденсаційний ефект великого збільшення оптичної лінзи ділянка, охоплена лазерною розсіяною плямою на фокальній площині InGaAs, сильно насичена, і тому не може нормально відображатися.Лише після того, як лазерне опромінення буде припинено на деякий час, ефективність зображення може поступово повернутися до нормального.
Згідно з результатами багаторічних досліджень і розробок засобів активної лазерної протидії у видимому та ближньому інфрачервоному діапазонах, а також випробувань на ефективність пошкоджень у багатьох польових умовах, тільки короткоімпульсні лазери з піковою потужністю мегават і вище можуть завдати незворотної шкоди телевізору. камери на відстані кілометрів.пошкодження.Пікова потужність лазера є ключем до того, чи можна досягти ефекту пошкодження.Поки пікова потужність перевищує поріг пошкодження детектора, один імпульс може пошкодити детектор.З точки зору складності конструкції лазера, розсіювання тепла та споживання енергії, частота повторення лазера не обов’язково повинна досягати частоти кадрів камери або навіть вище, а від 10 до 20 Гц можуть відповідати реальним бойовим застосуванням.Природно, короткохвильові інфрачервоні камери не є винятком.
Детектори фокальної площини InGaAs включають ПЗЗ-матриці електронного бомбардування на основі фотокатодів міграції електронів InGaAs/InP та КМОП, розроблених пізніше.Їх пороги насичення та пошкодження мають той самий порядок величини, що й на основі Si CCD/CMOS, але детектори на основі InGaAs/InP ще не отримані.Дані порогу насичення та пошкодження CCD/COMS.
Згідно з поточним станом короткохвильових інфрачервоних лазерів у країні та за кордоном, твердотільний лазер із повторюваною частотою 1,57 мкм на основі OPO все ще є найкращим вибором для лазерного пошкодження CCD/COMS.Його висока ефективність проникнення в атмосферу та висока пікова потужність короткоімпульсного лазера Охоплення світловою плямою та ефективні характеристики одного імпульсу є очевидними для м’якої вбивчої потужності оптико-електронної системи на великій відстані, оснащеної короткохвильовими інфрачервоними камерами.
2 .Висновок
Короткохвильові інфрачервоні лазери з довжиною хвилі від 1,1 мкм до 1,7 мкм мають високу атмосферну пропускну здатність і міцну здатність проникати крізь туман, дощ, сніг, дим, пісок і пил.Він невидимий для традиційного обладнання нічного бачення в умовах слабкого освітлення.Лазер у діапазоні від 1,4 мкм до 1,6 мкм є безпечним для людського ока та має відмінні риси, такі як зрілий детектор із максимальною довжиною хвилі відгуку в цьому діапазоні, і став важливим напрямком розвитку лазерів для військових застосувань.
У цій статті аналізуються технічні характеристики та статус-кво чотирьох типових короткохвильових інфрачервоних лазерів, у тому числі фосфорних напівпровідникових лазерів, волоконних лазерів, легованих Er, твердотільних лазерів, легованих Er, і твердотільних лазерів на основі OPO, а також підсумовується використання цих короткохвильових інфрачервоних лазерів у фотоелектричній активній розвідці.Типові застосування в протирозвідці.
1) Люмінофорні напівпровідникові лазери безперервної та низької пікової потужності з високою частотою повторення та волоконні лазери, леговані Er, в основному використовуються для допоміжного освітлення для далекого стелс-спостереження та прицілювання вночі та придушення перешкод ворожим короткохвильовим інфрачервоним камерам.Люмінофорні напівпровідникові лазери з високою повторюваністю короткого імпульсу та волоконні лазери, леговані Er, також є ідеальними джерелами світла для багатоімпульсної системи вимірювання дальності зору, лазерного скануючого радара зображення та лазерного далекоміра безпеки очей, що створює перешкоди для визначення відстані.
2) Твердотільні лазери на основі OPO з низькою частотою повторення, але з піковою потужністю мегават або навіть десять мегават, можуть широко використовуватися в радіолокаторах зі спалахом, лазерному стробуванні на великій відстані вночі, короткохвильовому інфрачервоному лазерному пошкодженні та традиційний режим дистанційного керування очима людини Безпечний лазерний діапазон.
3) Мініатюрний лазер з Er скла є одним з найбільш швидко розвиваються напрямків короткохвильових інфрачервоних лазерів за останні роки.Поточний рівень потужності та частоти повторення можна використовувати в мініатюрних безпечних для очей лазерних далекомірах.Згодом, як тільки пікова потужність досягне мегаватного рівня, його можна буде використовувати для радарів із спалахом, спостереження за лазерним стробуванням і пошкодження лазером короткохвильових інфрачервоних камер.
4) Лазер Er:YAG з діодним накачуванням, який приховує пристрій попередження про лазер, є основним напрямком розвитку високопотужних короткохвильових інфрачервоних лазерів.Він має великий потенціал застосування у спалахових лідарах, спостереженнях лазерного стробування на великій відстані вночі та лазерних пошкодженнях.
В останні роки, оскільки системи зброї висувають все більш високі вимоги до інтеграції оптоелектронних систем, невелике та легке лазерне обладнання стало неминучим трендом у розвитку лазерного обладнання.Напівпровідникові лазери, волоконні лазери та мініатюрні лазери з невеликим розміром, малою вагою та низьким енергоспоживанням Лазери зі скла Er стали основним напрямком розвитку короткохвильових інфрачервоних лазерів.Зокрема, волоконні лазери з хорошою якістю променя мають великий потенціал застосування в нічному допоміжному освітленні, невидимому наведенні та націлюванні, лідарі для сканування зображень і лазерному придушенні перешкод.Однак потужність/енергія цих трьох типів невеликих і легких лазерів, як правило, низька, і їх можна використовувати лише для деяких розвідувальних завдань малої дальності та не може задовольнити потреби дальньої розвідки та контррозвідки.Тому основна увага при розробці полягає в збільшенні потужності/енергії лазера.
Твердотільні лазери на основі OPO мають хорошу якість променя та високу пікову потужність, і їх переваги у віддаленому спостереженні, радіолокаторі зі спалахом зображення та пошкодженні лазера все ще дуже очевидні, і вихідна енергія лазера та частота повторення лазера повинні бути додатково збільшені. .Для лазерів Er:YAG з діодним накачуванням, якщо енергію імпульсу збільшити, а ширину імпульсу додатково стиснути, це стане найкращою альтернативою твердотільним лазерам OPO.Він має переваги в системі спостереження на великих відстанях, радіолокаторі зі спалахом і пошкодженні лазером.Великий потенціал застосування.
Більше інформації про продукт, ви можете відвідати наш веб-сайт:
https://www.erbiumtechnology.com/
Електронна пошта:devin@erbiumtechnology.com
WhatsApp: +86-18113047438
Факс: +86-2887897578
Додати: No.23, Chaoyang Road, Xihe street, Longquanyi distrcit, Chengdu, 610107, China.
Час оновлення: 02 березня 2022 р
