Energia de pulso de transmissores laser Er:Glass

Nas áreas de medição de alcance de laser, designação de alvos e LiDAR, os transmissores de laser Er:Glass tornaram-se lasers de estado sólido de infravermelho médio amplamente utilizados devido à sua excelente segurança ocular e design compacto. Entre seus parâmetros de desempenho, a energia do pulso desempenha um papel crucial na determinação da capacidade de detecção, cobertura de alcance e capacidade de resposta geral do sistema. Este artigo oferece uma análise aprofundada da energia do pulso dos transmissores de laser Er:Glass.

1. O que é energia pulsada?

A energia do pulso refere-se à quantidade de energia emitida pelo laser em cada pulso, normalmente medida em milijoules (mJ). É o produto da potência de pico pela duração do pulso: E = P_pico×τ. Onde: E é a energia do pulso, P_pico é a potência de pico,τ é a largura do pulso.

Para lasers Er:Glass típicos operando a 1535 nm—um comprimento de onda na faixa de segurança ocular da Classe 1—alta energia de pulso pode ser alcançada mantendo a segurança, tornando-os especialmente adequados para aplicações portáteis e externas.

2. Faixa de energia de pulso de lasers Er:Glass

Dependendo do projeto, método de bombeamento e aplicação pretendida, os transmissores comerciais de laser Er:Glass oferecem energia de pulso único variando de dezenas de microjoules (μJ) a várias dezenas de milijoules (mJ).

Geralmente, os transmissores de laser Er:Glass usados ​​em módulos de alcance em miniatura têm uma faixa de energia de pulso de 0,1 a 1 mJ. Para designadores de alvos de longo alcance, normalmente são necessários de 5 a 20 mJ, enquanto sistemas de nível militar ou industrial podem exceder 30 mJ, frequentemente utilizando estruturas de amplificação de haste dupla ou multiestágio para atingir uma saída mais alta.

Maior energia de pulso geralmente resulta em melhor desempenho de detecção, especialmente sob condições desafiadoras, como sinais de retorno fracos ou interferência ambiental em longas distâncias.

3. Fatores que afetam a energia do pulso

①Desempenho da fonte da bomba

Os lasers Er:Glass são normalmente bombeados por diodos laser (LDs) ou lâmpadas de flash. Os LDs oferecem maior eficiência e compacidade, mas exigem controle preciso do circuito térmico e de acionamento.

2Concentração de dopagem e comprimento da haste

Diferentes materiais hospedeiros como Er:YSGG ou Er:Yb:Glass variam em seus níveis de dopagem e comprimentos de ganho, impactando diretamente na capacidade de armazenamento de energia.

3Tecnologia Q-Switching

A comutação Q passiva (por exemplo, com cristais de Cr:YAG) simplifica a estrutura, mas oferece precisão de controle limitada. A comutação Q ativa (por exemplo, com células de Pockels) proporciona maior estabilidade e controle de energia.

④Gestão Térmica

Em altas energias de pulso, a dissipação eficaz do calor da haste do laser e da estrutura do dispositivo é essencial para garantir a estabilidade e a longevidade da saída.

4. Combinando a energia do pulso com os cenários de aplicação

A escolha do transmissor de laser Er:Glass correto depende muito da aplicação pretendida. Abaixo, alguns casos de uso comuns e as recomendações de energia de pulso correspondentes:

①Telêmetros a laser portáteis

Características: compacto, baixo consumo de energia, medições de curto alcance de alta frequência

Energia de pulso recomendada: 0,5–1 mJ

2Alcance de UAV / Prevenção de Obstáculos

Características: médio a longo alcance, resposta rápida, leve

Energia de pulso recomendada: 1–5 mJ

3Designadores de alvos militares

Características: alta penetração, forte anti-interferência, orientação de ataque de longo alcance

Energia de pulso recomendada: 10–30 mJ

④Sistemas LiDAR

Características: alta taxa de repetição, digitalização ou geração de nuvem de pontos

Energia de pulso recomendada: 0,1–10 mJ

5. Tendências futuras: embalagens compactas e de alta energia

Com os avanços contínuos na tecnologia de dopagem de vidro, estruturas de bombas e materiais térmicos, os transmissores de laser Er:Glass estão evoluindo para a combinação de alta energia, alta taxa de repetição e miniaturização. Por exemplo, sistemas que integram amplificação multiestágio com projetos Q-switched ativos agora podem fornecer mais de 30 mJ por pulso, mantendo um formato compacto.—ideal para medições de longo alcance e aplicações de defesa de alta confiabilidade.

6. Conclusão

A energia do pulso é um indicador-chave de desempenho para avaliar e selecionar transmissores de laser Er:Glass com base nos requisitos da aplicação. À medida que as tecnologias de laser evoluem, os usuários podem obter maior saída de energia e maior alcance em dispositivos menores e mais eficientes em termos de energia. Para sistemas que exigem desempenho de longo alcance, segurança ocular e confiabilidade operacional, compreender e selecionar a faixa de energia de pulso adequada é crucial para maximizar a eficiência e o valor do sistema.

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