В соответствии с различным механизмом генерации коротковолновых инфракрасных лазеров существует три типа коротковолновых инфракрасных лазеров, а именно полупроводниковые лазеры, волоконные лазеры и твердотельные лазеры.Среди них твердотельные лазеры можно разделить на твердотельные лазеры на основе оптического нелинейного преобразования длины волны и твердотельные лазеры, непосредственно генерирующие коротковолновые инфракрасные лазеры из рабочих материалов лазера.
Полупроводниковые лазеры используют полупроводниковые материалы в качестве рабочих лазерных материалов, а выходная длина волны лазера определяется шириной запрещенной зоны полупроводниковых материалов.С развитием материаловедения энергетические диапазоны полупроводниковых материалов могут быть адаптированы к более широкому диапазону длин волн лазера с помощью разработки энергетических диапазонов.Следовательно, с помощью полупроводниковых лазеров можно получить несколько длин волн коротковолнового инфракрасного лазера.
Типичным рабочим материалом коротковолнового инфракрасного полупроводникового лазера является люминофор.Например, полупроводниковый лазер на фосфиде индия с размером апертуры 95 мкм имеет выходную длину волны лазерного излучения 1,55 мкм и 1,625 мкм, а мощность достигает 1,5 Вт.
Волоконный лазер использует стекловолокно, легированное редкоземельными элементами, в качестве лазерной среды и полупроводниковый лазер в качестве источника накачки.Он имеет отличные характеристики, такие как низкий порог, высокая эффективность преобразования, хорошее качество выходного луча, простая структура и высокая надежность.Он также может использовать преимущества широкого спектра излучения редкоземельных ионов для создания перестраиваемого волоконного лазера путем добавления селективных оптических элементов, таких как решетки, в резонатор лазера.Волоконные лазеры стали важным направлением в развитии лазерной техники.
1.Твердотельный лазер
Твердотельные лазерные усиливающие среды, которые могут напрямую генерировать коротковолновые инфракрасные лазеры, в основном представляют собой кристаллы и керамику Er: YAG, а также стекло, легированное Er.Твердотельный лазер на основе кристалла Er:YAG и керамики может напрямую излучать коротковолновый инфракрасный лазер с длиной волны 1,645 мкм, который является горячей точкой в исследованиях коротковолнового инфракрасного лазера в последние годы [3-5].В настоящее время энергия импульса Er:YAG-лазеров с электрооптической или акустооптической модуляцией добротности достигла единиц-десятков мДж, ширины импульса - десятков нс и частоты повторения - десятков-тысяч Гц.Если в качестве источника накачки использовать полупроводниковый лазер с длиной волны 1,532 мкм, он будет иметь большие преимущества в области лазерной активной разведки и лазерного противодействия, особенно его стелс-эффект на типовых устройствах предупреждения о лазерном облучении.
Лазер на эрбиевом стекле имеет компактную конструкцию, низкую стоимость, малый вес и может работать в режиме модуляции добротности.Это предпочтительный источник света для активного обнаружения коротковолнового инфракрасного лазера.Однако из-за четырех недостатков материалов Er-стекла: во-первых, центральная длина волны спектра поглощения составляет 940 нм или 976 нм, что затрудняет достижение накачки лампой;Во-вторых, подготовка эрбиевых стеклянных материалов сложна, и изготавливать большие размеры нелегко;В-третьих, эрбиевое стекло. Материал имеет плохие тепловые свойства, и не так просто добиться работы с повторяющейся частотой в течение длительного времени, не говоря уже о непрерывной работе;в-четвертых, нет подходящего материала для модуляции добротности.Хотя исследования коротковолнового инфракрасного лазера на основе эрбиевого стекла всегда привлекали внимание людей, по вышеуказанным четырем причинам продукт так и не был выпущен.До 1990 года, с появлением линейки полупроводниковых лазеров с длинами волн 940 нм и 980 нм и появлением материалов с насыщенным поглощением, таких как Co2+:MgAl2O4 (алюминат магния, легированный кобальтом), двумя основными узкими местами были источник накачки и модуляция добротности. были сломаны.Исследования стеклянных лазеров быстро развивались.Особенно в последние годы в моей стране миниатюрный лазерный модуль из эрбиевого стекла, который объединяет полупроводниковый источник накачки, эрбиевое стекло и резонатор, весит не более 10 г и имеет мощность мелкосерийного производства модулей пиковой мощности 50 кВт.Однако из-за плохих тепловых характеристик эрбиевого стекла частота повторения лазерного модуля все еще относительно низка.Частота лазера модуля мощностью 50 кВт составляет всего 5 Гц, а максимальная частота лазера модуля мощностью 20 кВт составляет 10 Гц, что позволяет использовать его только в низкочастотных приложениях.
Выходной сигнал импульсного лазера Nd:YAG с длиной волны 1,064 мкм имеет пиковую мощность до мегаватт.Когда такой сильный когерентный свет проходит через некоторые специальные материалы, его фотоны неупруго рассеиваются на молекулах материала, то есть фотоны поглощаются и производят относительно низкочастотные фотоны.Есть два типа веществ, которые могут достичь такого эффекта преобразования частоты: один — это нелинейные кристаллы, такие как KTP, LiNbO3 и т. д.;другой - газ высокого давления, такой как H2.Поместите их в оптический резонатор, чтобы сформировать оптический параметрический генератор (ОПГ).
ПГС на основе газа высокого давления обычно относится к параметрическому генератору вынужденного комбинационного рассеяния света.Свет накачки частично поглощается и генерирует низкочастотную световую волну.В зрелом рамановском лазере используется лазер с длиной волны 1,064 мкм для накачки газа высокого давления H2 для получения коротковолнового инфракрасного лазера с длиной волны 1,54 мкм.
ИЗОБРАЖЕНИЕ 1
Типичным применением коротковолновой инфракрасной системы GV является получение изображений на большие расстояния в ночное время.Лазерный осветитель должен быть короткоимпульсным коротковолновым инфракрасным лазером с высокой пиковой мощностью, а его частота повторения должна соответствовать частоте кадров стробоскопической камеры.В соответствии с текущим состоянием коротковолновых инфракрасных лазеров в стране и за рубежом лучшим выбором являются лазеры Er: YAG с диодной накачкой и твердотельные лазеры на основе OPO 1,57 мкм.Частота повторения и пиковая мощность миниатюрного лазера на эрбиевом стекле все еще нуждаются в улучшении.3.Применение коротковолнового инфракрасного лазера в фотоэлектрической противоразведке
Суть коротковолновой инфракрасной лазерной противоразведки состоит в том, чтобы облучать коротковолновыми инфракрасными лазерными лучами средства оптико-электронной разведки противника, работающие в коротковолновом инфракрасном диапазоне, с тем, чтобы они могли получить неверную информацию о цели или не могли нормально работать, или даже детектор поврежден.Существует два типичных метода противоразведывательной борьбы с коротковолновым инфракрасным лазером, а именно: помехи на расстоянии для безопасного для глаз лазерного дальномера и подавление повреждения коротковолновой инфракрасной камеры.
1.1 Помехи, вводящие в заблуждение на расстоянии, для лазерного дальномера, обеспечивающего безопасность глаз человека
Импульсный лазерный дальномер преобразует расстояние между целью и целью по временному интервалу прохождения лазерного импульса туда и обратно между точкой запуска и целью.Если детектор дальномера получает другие лазерные импульсы до того, как отраженный эхо-сигнал цели достигнет точки запуска, он остановит отсчет времени, и преобразованное расстояние будет не фактическим расстоянием до цели, а меньшим, чем фактическое расстояние до цели.Ложное расстояние, которое позволяет обмануть расстояние дальномера.Для безопасных для глаз лазерных дальномеров можно использовать коротковолновые инфракрасные импульсные лазеры с той же длиной волны, чтобы реализовать интерференцию для обмана расстояния.
Лазер, который реализует интерференцию обмана расстояния дальномера, имитирует диффузное отражение цели в лазер, поэтому пиковая мощность лазера очень мала, но должны быть выполнены следующие два условия:
1) Длина волны лазера должна совпадать с рабочей длиной волны интерферирующего дальномера.Перед детектором дальномера установлен интерференционный фильтр, и полоса пропускания очень узкая.Лазеры с длинами волн, отличными от рабочей длины волны, не могут достигать светочувствительной поверхности детектора.Даже лазеры 1,54 мкм и 1,57 мкм с одинаковыми длинами волн не могут мешать друг другу.
2) Частота повторения лазера должна быть достаточно высокой.Детектор дальномера реагирует на попадание лазерного сигнала на его светочувствительную поверхность только при измерении дальности.Для достижения эффективной интерференции импульс интерференции должен как минимум втиснуться в волновой затвор дальномера на 2-3 импульса.Диапазон дальности, который может быть достигнут в настоящее время, составляет порядка мкс, поэтому мешающий лазер должен иметь высокую частоту повторения.Если взять в качестве примера расстояние до цели 3 км, время, необходимое лазеру для однократного перемещения вперед и назад, составляет 20 мкс.Если введено не менее 2 импульсов, частота повторения лазера должна достигать 50 кГц.При минимальной дальности действия лазерного дальномера 300 м частота повторения помех не может быть ниже 500 кГц.Только полупроводниковые лазеры и волоконные лазеры могут достичь такой высокой частоты повторения.
1.2 Подавление помех и повреждение коротковолновых инфракрасных камер
Являясь основным компонентом системы формирования изображений в коротковолновом инфракрасном диапазоне, коротковолновая инфракрасная камера имеет ограниченный динамический диапазон оптической мощности отклика своего детектора InGaAs в фокальной плоскости.Если падающая оптическая мощность превышает верхний предел динамического диапазона, происходит насыщение, и детектор не может выполнять нормальную визуализацию.Более высокая мощность Лазер может привести к необратимому повреждению детектора.
Полупроводниковые лазеры с непрерывной и малой пиковой мощностью и волоконные лазеры с высокой частотой повторения подходят для непрерывного подавления помех коротковолновых инфракрасных камер.Непрерывно облучайте коротковолновую инфракрасную камеру лазером.Из-за эффекта конденсации оптической линзы с большим увеличением область, достигаемая рассеянным лазером пятном на фокальной плоскости InGaAs, сильно насыщена и, следовательно, не может быть отображена нормально.Только после того, как лазерное облучение будет остановлено на некоторое время, качество изображения может постепенно вернуться к норме.
По результатам многолетних исследований и разработок средств лазерного активного противодействия в видимом и ближнем инфракрасном диапазонах и испытаний эффективности многополевого поражения, только короткоимпульсные лазеры с пиковой мощностью мегаватт и выше способны нанести необратимый вред ТВ. камеры на расстоянии километров.повреждать.Независимо от того, может ли быть достигнут эффект повреждения, ключевым фактором является пиковая мощность лазера.Пока пиковая мощность выше порога повреждения детектора, одиночный импульс может повредить детектор.С точки зрения сложности конструкции лазера, рассеивания тепла и энергопотребления частота повторения лазера не обязательно должна достигать частоты кадров камеры или даже выше, и от 10 до 20 Гц могут соответствовать реальным боевым применениям.Естественно, коротковолновые инфракрасные камеры не являются исключением.
Детекторы InGaAs в фокальной плоскости включают ПЗС-матрицы с электронной бомбардировкой на основе фотокатодов с миграцией электронов InGaAs / InP и разработанных позже КМОП.Их пороги насыщения и повреждения того же порядка, что и у ПЗС/КМОП на основе кремния, но детекторы на основе InGaAs/InP еще не получены.Данные порога насыщения и повреждения CCD/COMS.
Согласно текущему состоянию коротковолновых инфракрасных лазеров в стране и за рубежом, твердотельный лазер с повторяющейся частотой 1,57 мкм на основе OPO по-прежнему является лучшим выбором для лазерного повреждения ПЗС / COMS.Его высокие характеристики проникновения в атмосферу и короткоимпульсный лазер с высокой пиковой мощностью. Охват светового пятна и эффективные характеристики одиночного импульса очевидны для мягкой убивающей способности оптоэлектронной системы дальнего действия, оснащенной коротковолновыми инфракрасными камерами.
2. Заключение
Коротковолновые инфракрасные лазеры с длиной волны от 1,1 мкм до 1,7 мкм обладают высоким коэффициентом пропускания атмосферы и сильной способностью проникать сквозь дымку, дождь, снег, дым, песок и пыль.Он невидим для традиционных приборов ночного видения при слабом освещении.Лазер в диапазоне от 1,4 мкм до 1,6 мкм безопасен для человеческого глаза и имеет отличительные особенности, такие как зрелый детектор с максимальной длиной волны отклика в этом диапазоне, и стал важным направлением развития лазерных военных приложений.
В этой статье анализируются технические характеристики и статус-кво четырех типичных коротковолновых инфракрасных лазеров, включая фосфорно-полупроводниковые лазеры, волоконные лазеры с легированием эрбием, твердотельные лазеры с легированием эрбием и твердотельные лазеры на основе ПГС, а также обобщается их использование. этих коротковолновых инфракрасных лазеров в фотоэлектрической активной разведке.Типичные применения в антиразведке.
1) Фосфорно-полупроводниковые лазеры с высокой частотой повторения непрерывной и малой пиковой мощности и волоконные лазеры, легированные Er, в основном используются для вспомогательного освещения для скрытного наблюдения на большом расстоянии и прицеливания в ночное время, а также для подавления помех коротковолновым инфракрасным камерам противника.Полупроводниковые люминесцентные лазеры с короткими импульсами с высокой частотой повторения и волоконные лазеры, легированные эрбием, также являются идеальными источниками света для многоимпульсной системы безопасности для глаз, лазерного сканирующего радара и лазерного дальномера для безопасности глаз, обманывающего расстояние.
2) Твердотельные лазеры на основе ПГС с низкой частотой следования импульсов, но с пиковой мощностью в мегаватты или даже в десять мегаватт могут широко использоваться в радарах с изображением вспышки, дальнем лазерном стробировании в ночное время, поражении коротковолновым инфракрасным лазером и человеческий глаз в традиционном режиме удаленный Безопасный лазерный дальномер.
3) Миниатюрный лазер на эрбиевом стекле является одним из наиболее быстро развивающихся направлений коротковолновых инфракрасных лазеров в последние годы.Текущие уровни мощности и частоты повторения могут быть использованы в миниатюрных лазерных дальномерах для защиты глаз.Со временем, когда пиковая мощность достигнет мегаваттного уровня, его можно будет использовать для радаров с флэш-изображениями, наблюдения с помощью лазерного стробирования и лазерного повреждения коротковолновых инфракрасных камер.
4) Лазер Er:YAG с диодной накачкой, скрывающий устройство предупреждения о лазерном облучении, является основным направлением развития мощных коротковолновых инфракрасных лазеров.Он имеет большой потенциал применения во флэш-лидаре, дальнем лазерном наблюдении в ночное время и лазерном повреждении.
В последние годы, когда к системам вооружения предъявляются все более высокие требования по интеграции оптико-электронных систем, малогабаритное и легкое лазерное оборудование стало неизбежным трендом в развитии лазерной техники.Полупроводниковые лазеры, волоконные лазеры и миниатюрные лазеры с небольшими размерами, малым весом и низким энергопотреблением. Лазеры на эрбиевом стекле стали основным направлением развития коротковолновых инфракрасных лазеров.В частности, волоконные лазеры с хорошим качеством луча имеют большой потенциал для применения в качестве дополнительного освещения в ночное время, скрытого наблюдения и прицеливания, лидарного сканирования изображений и подавления лазерных помех.Однако мощность/энергия этих трех типов небольших и легких лазеров, как правило, невелика, и их можно использовать только для некоторых приложений разведки ближнего действия, и они не могут удовлетворить потребности дальней разведки и контрразведки.Поэтому основное внимание в разработке уделяется увеличению мощности/энергии лазера.
Твердотельные лазеры на основе OPO имеют хорошее качество луча и высокую пиковую мощность, и их преимущества в дальнем стробированном наблюдении, радаре с флэш-изображением и лазерном повреждении все еще очень очевидны, и необходимо еще больше увеличить выходную энергию лазера и частоту повторения лазера. .Для лазеров Er:YAG с диодной накачкой, если энергия импульса увеличивается при дальнейшем сжатии ширины импульса, это станет лучшей альтернативой твердотельным лазерам на ПГС.Он имеет преимущества в дальнем стробированном наблюдении, радаре с вспышкой и лазерном поражении.Большой прикладной потенциал.
Больше информации о продукте, вы можете посетить наш сайт:
https://www.erbiumtechnology.com/
Электронная почта:devin@erbiumtechnology.com
WhatsApp: +86-18113047438
Факс: +86-2887897578
Добавить: No.23, Chaoyang Road, Xihe street, Longquanyi distrcit, Chengdu, 610107, China.
Время обновления: 02 марта 2022 г.
