Nas áreas de telemetria a laser, designação de alvos e LiDAR, os transmissores a laser de Érbio:Vidro 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 responsividade geral do sistema. Este artigo oferece uma análise aprofundada da energia do pulso dos transmissores a laser de Érbio:Vidro.
1. O que é energia de pulso?
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 = Ppico×τOnde: E é a energia do pulso, Ppico é a potência máxima,τ é a largura do pulso.
Para lasers Er:Glass típicos operando em 1535 nm—um comprimento de onda na faixa segura para os olhos da Classe 1—É possível obter alta energia de pulso mantendo a segurança, o que os torna especialmente adequados para aplicações portáteis e externas.
2. Faixa de energia de pulso de lasers Er:Glass
Dependendo do projeto, do método de bombeamento e da aplicação pretendida, os transmissores de laser Er:Glass comerciais oferecem energia de pulso único que varia de dezenas de microjoules (μJ) a várias dezenas de milijoules (mJ).
Geralmente, os transmissores a laser Er:Glass usados em módulos de telemetria miniaturizados 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 obter uma potência de saída mais alta.
Uma maior energia de pulso geralmente resulta em melhor desempenho de detecção, especialmente em condições desafiadoras, como sinais de retorno fracos ou interferência ambiental em longas distâncias.
3. Fatores que afetam a energia do pulso
①Desempenho da fonte de bombeamento
Os lasers de Er:Glass são normalmente bombeados por diodos laser (LDs) ou lâmpadas de flash. Os LDs oferecem maior eficiência e tamanho compacto, mas exigem um controle térmico e de circuito de acionamento preciso.
②Concentração de dopagem e comprimento da haste
Diferentes materiais hospedeiros, como Er:YSGG ou Er:Yb:Vidro, variam em seus níveis de dopagem e comprimentos de ganho, impactando diretamente a capacidade de armazenamento de energia.
③Tecnologia de comutação Q
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 energias de pulso elevadas, a dissipação de calor eficaz da haste do laser e da estrutura do dispositivo é essencial para garantir a estabilidade e a longevidade da saída.
4. Adequação da energia do pulso aos cenários de aplicação
A escolha do transmissor laser Er:Glass adequado depende muito da aplicação pretendida. Abaixo estão alguns casos de uso comuns e as respectivas recomendações de energia de pulso:
①Telêmetros a laser portáteis
Características: compacto, baixo consumo de energia, medições de curto alcance em alta frequência
Energia de pulso recomendada: 0,5–1 mJ
②Medição de distância/evitação de obstáculos por drones
Características: alcance médio a longo, resposta rápida, leve
Energia de pulso recomendada: 1–5 mJ
③Designadores de Alvos Militares
Características: alta penetração, forte resistência a interferências, 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: Alta Energia e Embalagens Compactas
Com os avanços contínuos na tecnologia de dopagem de vidro, estruturas de bombeamento e materiais térmicos, os transmissores a laser de Er:Glass estão evoluindo para a combinação de alta energia, alta taxa de repetição e miniaturização. Por exemplo, sistemas que integram amplificação multiestágio com designs de comutação Q ativa 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 de desempenho fundamental para avaliar e selecionar transmissores a laser de Er:Glass com base nos requisitos da aplicação. À medida que as tecnologias a laser continuam a evoluir, os usuários podem obter maior potência de saída 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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Data da publicação: 28/07/2025