A Lumispot Technology Co., Ltd., após anos de pesquisa e desenvolvimento, desenvolveu com sucesso um laser pulsado de tamanho reduzido e peso reduzido, com energia de 80 mJ, frequência de repetição de 20 Hz e comprimento de onda seguro para os olhos humanos de 1,57 μm. Este resultado foi alcançado através do aumento da eficiência de conversão do KTP-OPO e da otimização da saída do módulo laser de diodo da fonte de bombeamento. De acordo com os testes, este laser atende à ampla faixa de temperatura de operação, de -45 °C a 65 °C, com excelente desempenho, atingindo um nível avançado na China.
O telêmetro a laser pulsado é um instrumento de medição de distância que utiliza pulsos de laser direcionados ao alvo, apresentando alta precisão na medição de distância, forte capacidade anti-interferência e estrutura compacta. O produto é amplamente utilizado em medições de engenharia e outras áreas. Este método de medição de distância por laser pulsado é particularmente utilizado em aplicações de medição a longa distância. Para este telêmetro de longa distância, é preferível escolher um laser de estado sólido com alta energia e pequeno ângulo de dispersão do feixe, utilizando a tecnologia de comutação Q para gerar pulsos de laser de nanossegundos.
As tendências relevantes para telêmetros a laser pulsados são as seguintes:
(1) Telêmetro a laser seguro para os olhos humanos: o oscilador paramétrico óptico de 1,57 µm está gradualmente substituindo a posição do telêmetro a laser tradicional de comprimento de onda de 1,06 µm na maioria dos campos de medição de distância.
(2) Telêmetro a laser remoto miniaturizado com tamanho pequeno e peso leve.
Com a melhoria do desempenho dos sistemas de detecção e imagem, há uma crescente necessidade de telêmetros a laser remotos capazes de medir alvos pequenos de 0,1 m² a distâncias de até 20 km. Portanto, é urgente o estudo de telêmetros a laser de alto desempenho.
Nos últimos anos, a Lumispot Tech tem se dedicado à pesquisa, projeto, produção e venda de lasers de estado sólido seguros para os olhos, com comprimento de onda de 1,57 µm, pequeno ângulo de dispersão do feixe e alto desempenho operacional.
Recentemente, a Lumispot Tech projetou um laser refrigerado a ar com comprimento de onda de 1,57 µm, seguro para os olhos, com alta potência de pico e estrutura compacta, como resultado da demanda prática na pesquisa de telêmetros a laser de longo alcance miniaturizados. Após os testes, este laser demonstrou amplo potencial de aplicação, apresentando excelente desempenho e forte adaptabilidade ambiental em uma ampla faixa de temperatura de operação, de -40°C a 65°C.
Por meio da seguinte equação, com a quantidade fixa de outras referências, ao melhorar a potência de pico de saída e diminuir o ângulo de dispersão do feixe, é possível aumentar a distância de medição do telêmetro. Consequentemente, os dois fatores — o valor da potência de pico de saída e o pequeno ângulo de dispersão do feixe — em um laser de estrutura compacta com resfriamento a ar são os principais determinantes da capacidade de medição de distância de um telêmetro específico.
A chave para a obtenção de um laser com comprimento de onda seguro para os olhos humanos reside na técnica do oscilador paramétrico óptico (OPO), incluindo a escolha do cristal não linear, o método de casamento de fase e o projeto da estrutura interna do OPO. A escolha do cristal não linear depende de um alto coeficiente não linear, um elevado limiar de resistência a danos, propriedades físico-químicas estáveis e técnicas de crescimento consolidadas, entre outros fatores. O casamento de fase deve ser priorizado. Deve-se selecionar um método de casamento de fase não crítico, com um grande ângulo de aceitação e um pequeno ângulo de desvio. A estrutura da cavidade do OPO deve considerar a eficiência e a qualidade do feixe, garantindo a confiabilidade. A curva de variação do comprimento de onda de saída do KTP-OPO com o ângulo de casamento de fase mostra que, quando θ = 90°, a luz de sinal emite um laser seguro para os olhos humanos. Portanto, o cristal projetado é cortado ao longo de um dos lados, com o casamento de fase utilizando θ = 90° e φ = 0°, ou seja, o método de casamento de fase, no qual o coeficiente não linear efetivo do cristal é o maior possível e não há efeito de dispersão.
Com base em uma análise abrangente da questão acima, combinada com o nível de desenvolvimento da atual tecnologia e equipamentos a laser nacionais, a solução técnica de otimização é: O OPO adota um projeto de OPO de cavidade dupla KTP com casamento de fase externo Classe II não crítico; os 2 OPOs KTP incidem verticalmente em uma estrutura em tandem para melhorar a eficiência de conversão e a confiabilidade do laser, conforme mostrado emFigura 1Acima.
A fonte de bombeamento é um conjunto de laser semicondutor resfriado por condução, desenvolvido e pesquisado internamente, com ciclo de trabalho de no máximo 2%, potência de pico de 100 W por barra e potência total de operação de 12.000 W. O prisma de ângulo reto, o espelho plano totalmente refletor e o polarizador formam uma cavidade ressonante de saída com acoplamento de polarização dobrado, e o prisma de ângulo reto e a placa de onda são rotacionados para obter a saída de acoplamento do laser de 1064 nm desejada. O método de modulação Q é uma modulação Q eletro-óptica ativa pressurizada baseada em cristal KDP.
Figura 1Dois cristais de KTP conectados em série
Nessa equação, Prec é a menor potência de trabalho detectável;
Pout é o valor máximo de potência de trabalho;
D é a abertura do sistema óptico de recepção;
t é a transmitância do sistema óptico;
θ é o ângulo de dispersão do feixe emissor do laser;
r é a taxa de reflexão do alvo;
A é a área de secção transversal equivalente alvo;
R é a maior faixa de medição;
σ é o coeficiente de absorção atmosférica.
Figura 2O módulo de matriz de barras em forma de arco foi desenvolvido internamente.
com a haste de cristal YAG no meio.
OFigura 2O módulo consiste em pilhas de barras em forma de arco, com cristais de YAG atuando como meio laser em seu interior, numa concentração de 1%. Para resolver a contradição entre o movimento lateral do laser e a distribuição simétrica da sua emissão, foi utilizada uma distribuição simétrica do arranjo de diodos laser (LD) num ângulo de 120 graus. A fonte de bombeamento tem um comprimento de onda de 1064 nm, com dois módulos de barras curvas de 6000 W em série, bombeando em tandem com semicondutores. A energia de saída varia de 0 a 250 mJ, com uma largura de pulso de cerca de 10 ns e uma frequência elevada de 20 Hz. Utiliza-se uma cavidade dobrada, e o laser com comprimento de onda de 1,57 μm é emitido após passar por um cristal não linear de KTP em tandem.
Gráfico 3Desenho dimensional de um laser pulsado com comprimento de onda de 1,57 µm.
Gráfico 4Equipamento de amostra de laser pulsado com comprimento de onda de 1,57 µm
Gráfico 5:Saída de 1,57 μm
Gráfico 6:A eficiência de conversão da fonte da bomba
Adaptamos a medição de energia do laser para medir a potência de saída de dois comprimentos de onda diferentes. De acordo com o gráfico abaixo, o valor de energia obtido foi a média obtida operando a 20 Hz com um período de 1 minuto. A energia gerada pelo laser de 1,57 µm apresentou uma variação significativa em relação à energia da fonte de bombeamento de 1064 nm. Quando a energia da fonte de bombeamento atingiu 220 mJ, a energia de saída do laser de 1,57 µm alcançou 80 mJ, com uma taxa de conversão de até 35%. Como o sinal do OPO é gerado sob a ação de uma determinada densidade de potência da luz de frequência fundamental, seu valor de limiar é maior que o valor de limiar da luz de frequência fundamental de 1064 nm, e sua energia de saída aumenta rapidamente após a energia de bombeamento ultrapassar o valor de limiar do OPO. A relação entre a energia de saída do OPO e a eficiência com a energia de saída da luz de frequência fundamental é mostrada na figura, da qual se pode observar que a eficiência de conversão do OPO pode atingir até 35%.
Finalmente, foi possível obter um pulso de laser com comprimento de onda de 1,57 μm, energia superior a 80 mJ e largura de pulso de 8,5 ns. O ângulo de divergência do feixe de laser emitido pelo expansor de feixe é de 0,3 mrad. Simulações e análises demonstram que a capacidade de medição de alcance de um telêmetro a laser pulsado utilizando este laser pode ultrapassar 30 km.
| Comprimento de onda | 1570±5nm |
| Frequência de repetição | 20Hz |
| Ângulo de dispersão do feixe laser (expansão do feixe) | 0,3-0,6 mrad |
| Largura do pulso | 8,5ns |
| Energia de pulso | 80 mJ |
| Horário de trabalho contínuo | 5 minutos |
| Peso | ≤1,2 kg |
| Temperatura de trabalho | -40℃~65℃ |
| Temperatura de armazenamento | -50℃~65℃ |
Além de aprimorar seus próprios investimentos em pesquisa e desenvolvimento tecnológico, fortalecer a equipe de P&D e aperfeiçoar o sistema de inovação em P&D, a Lumispot Tech também coopera ativamente com instituições de pesquisa externas em parceria entre indústria e universidade, e estabeleceu uma sólida relação de cooperação com renomados especialistas do setor no mercado nacional. A tecnologia central e os componentes-chave foram desenvolvidos de forma independente, todos os componentes-chave foram desenvolvidos e fabricados internamente, e todos os dispositivos foram produzidos localmente. A Bright Source Laser continua acelerando o ritmo de desenvolvimento e inovação tecnológica e seguirá lançando módulos de telêmetro a laser mais baratos e confiáveis, seguros para os olhos humanos, a fim de atender à demanda do mercado.
Data da publicação: 21/06/2023