Lumispot Technology Co., Ltd., grazie ad anni di ricerca e sviluppo, ha sviluppato con successo un laser pulsato di piccole dimensioni e leggero con energia di 80 mJ, frequenza di ripetizione di 20 Hz e lunghezza d'onda di 1,57 μm, sicura per l'occhio umano. Questo risultato di ricerca è stato ottenuto aumentando l'efficienza di conversione del KTP-OPO e ottimizzando l'uscita del modulo laser a diodo con sorgente di pompaggio. Secondo i risultati dei test, questo laser soddisfa l'ampio range di temperature di esercizio da -45 ℃ a 65 ℃ con prestazioni eccellenti, raggiungendo il livello più avanzato in Cina.
Il telemetro laser pulsato è uno strumento di misura della distanza che sfrutta il vantaggio dell'impulso laser diretto al bersaglio, con i vantaggi di un'elevata precisione di misura, una forte capacità anti-interferenza e una struttura compatta. Il prodotto è ampiamente utilizzato nelle misurazioni ingegneristiche e in altri campi. Questo metodo di misura della distanza con laser pulsato è ampiamente utilizzato nelle applicazioni di misurazione a lunga distanza. In questo telemetro a lunga distanza, è preferibile scegliere un laser a stato solido ad alta energia e con un piccolo angolo di diffusione del fascio, utilizzando la tecnologia Q-switching per emettere impulsi laser al nanosecondo.
Le tendenze rilevanti del telemetro laser pulsato sono le seguenti:
(1) Telemetro laser sicuro per gli occhi umani: l'oscillatore parametrico ottico da 1,57 μm sta gradualmente sostituendo la posizione del tradizionale telemetro laser a lunghezza d'onda di 1,06 μm nella maggior parte dei campi di telemetria.
(2) Telemetro laser remoto miniaturizzato, di piccole dimensioni e leggero.
Con il miglioramento delle prestazioni dei sistemi di rilevamento e imaging, sono necessari telemetri laser remoti in grado di misurare bersagli di piccole dimensioni (0,1 m²) su una distanza di 20 km. Pertanto, è urgente studiare un telemetro laser ad alte prestazioni.
Negli ultimi anni, Lumispot Tech si è impegnata nella ricerca, progettazione, produzione e vendita di un laser allo stato solido con lunghezza d'onda di 1,57 μm, sicuro per gli occhi, con angolo di diffusione del fascio ridotto ed elevate prestazioni operative.
Di recente, Lumispot Tech ha progettato un laser raffreddato ad aria con lunghezza d'onda di 1,57 µm, sicuro per gli occhi, con elevata potenza di picco e struttura compatta, derivante dalla richiesta pratica nell'ambito della ricerca sulla minimizzazione del telemetro laser a lunga distanza. Dopo l'esperimento, questo laser mostra ampie prospettive di applicazione, possiede prestazioni eccellenti, forte adattabilità ambientale nell'ampia gamma di temperature di lavoro da -40 a 65 gradi Celsius.
Attraverso la seguente equazione, con una quantità fissa di altro riferimento, migliorando la potenza di picco in uscita e diminuendo l'angolo di diffusione del fascio, è possibile migliorare la distanza di misurazione del telemetro. Di conseguenza, i due fattori: il valore della potenza di picco in uscita e il piccolo angolo di diffusione del fascio, un laser a struttura compatta con funzione di raffreddamento ad aria, sono fondamentali per determinare la capacità di misurazione della distanza di uno specifico telemetro.
L'elemento chiave per realizzare un laser con una lunghezza d'onda sicura per l'occhio umano è la tecnica dell'oscillatore ottico parametrico (OPO), che include l'opzione di un cristallo non lineare, il metodo di adattamento di fase e la progettazione della struttura interna dell'OPO. La scelta del cristallo non lineare dipende da un elevato coefficiente non lineare, da un'elevata soglia di resistenza al danno, da proprietà chimiche e fisiche stabili e da tecniche di crescita mature, ecc. L'adattamento di fase dovrebbe avere la precedenza. Selezionare un metodo di adattamento di fase non critico con un ampio angolo di accettazione e un piccolo angolo di uscita; la struttura della cavità dell'OPO dovrebbe tenere conto dell'efficienza e della qualità del fascio per garantire l'affidabilità. La curva di variazione della lunghezza d'onda di uscita del KTP-OPO con un angolo di adattamento di fase, quando θ = 90°, il segnale luminoso può emettere esattamente il laser sicuro per l'occhio umano. Pertanto, il cristallo progettato viene tagliato lungo un lato, l'angolo di adattamento utilizzato è θ = 90°, φ = 0°, ovvero si utilizza il metodo di adattamento di classe, quando il coefficiente non lineare effettivo del cristallo è il massimo e non vi è alcun effetto di dispersione.
Sulla base di una considerazione completa del problema di cui sopra, combinato con il livello di sviluppo dell'attuale tecnica e attrezzatura laser nazionale, la soluzione tecnica di ottimizzazione è: l'OPO adotta un design KTP-OPO a doppia cavità esterna con adattamento di fase non critico di Classe II; i 2 KTP-OPO sono incidenti verticalmente in una struttura tandem per migliorare l'efficienza di conversione e l'affidabilità del laser come mostrato inFigura 1Sopra.
La sorgente di pompaggio è un array laser a semiconduttore raffreddato conduttivo, sviluppato e sviluppato internamente, con un duty cycle massimo del 2%, una potenza di picco di 100 W per singola barra e una potenza di lavoro totale di 12.000 W. Il prisma ad angolo retto, lo specchio planare completamente riflettente e il polarizzatore formano una cavità risonante con uscita accoppiata a polarizzazione ripiegata, e il prisma ad angolo retto e la lamina d'onda vengono ruotati per ottenere l'uscita di accoppiamento laser desiderata a 1064 nm. Il metodo di modulazione Q è una modulazione Q elettro-ottica attiva pressurizzata basata sul cristallo KDP.
Figura 1Due cristalli KTP collegati in serie
In questa equazione, Prec è la più piccola potenza di lavoro rilevabile;
Pout è il valore di picco della potenza lavorativa;
D è l'apertura del sistema ottico ricevente;
t è la trasmittanza del sistema ottico;
θ è l'angolo di diffusione del fascio emettitore del laser;
r è la velocità di riflessione del bersaglio;
A è l'area della sezione trasversale equivalente del bersaglio;
R è l'intervallo di misura più ampio;
σ è il coefficiente di assorbimento atmosferico.
Figura 2: Il modulo array di barre ad arco tramite autosviluppo,
con la bacchetta di cristallo YAG al centro.
ILFigura 2Si tratta di una pila di barre arcuate, che posiziona le barre di cristallo YAG come mezzo laser all'interno del modulo, con una concentrazione dell'1%. Per risolvere la contraddizione tra il movimento laterale del laser e la distribuzione simmetrica dell'uscita laser, è stata utilizzata una distribuzione simmetrica dell'array LD con un angolo di 120 gradi. La sorgente di pompaggio ha una lunghezza d'onda di 1064 nm, due moduli di barre ad array curvo da 6000 W in serie con pompaggio tandem a semiconduttore. L'energia in uscita è 0-250 mJ con una larghezza di impulso di circa 10 ns e una frequenza di picco di 20 Hz. Viene utilizzata una cavità ripiegata e il laser con lunghezza d'onda di 1,57 μm viene emesso dopo un cristallo non lineare KTP tandem.
Grafico 3Disegno dimensionale del laser pulsato a lunghezza d'onda di 1,57 µm
Grafico 4Apparecchiatura di campionamento laser pulsato a lunghezza d'onda di 1,57 µm
Grafico 5:Uscita da 1,57 μm
Grafico 6:L'efficienza di conversione della sorgente di pompaggio
Adattamento della misurazione dell'energia laser per misurare la potenza di uscita di due tipi di lunghezza d'onda rispettivamente. Secondo il grafico mostrato di seguito, il valore energetico risultante era il valore medio lavorando a 20 Hz con un periodo di lavoro di 1 minuto. Tra questi, l'energia generata dal laser a lunghezza d'onda di 1,57 μm varia di conseguenza con il rapporto dell'energia della sorgente di pompaggio a lunghezza d'onda di 1064 nm. Quando l'energia della sorgente di pompaggio è pari a 220 mJ, l'energia di uscita del laser a lunghezza d'onda di 1,57 μm è in grado di raggiungere 80 mJ, con un tasso di conversione fino al 35%. Poiché la luce del segnale OPO viene generata sotto l'azione di una certa densità di potenza della luce a frequenza fondamentale, il suo valore di soglia è superiore al valore di soglia della luce a frequenza fondamentale di 1064 nm e la sua energia di uscita aumenta rapidamente dopo che l'energia di pompaggio supera il valore di soglia OPO. Nella figura è illustrata la relazione tra l'energia di uscita dell'OPO e l'efficienza con l'energia di uscita della luce alla frequenza fondamentale, da cui si può osservare che l'efficienza di conversione dell'OPO può raggiungere fino al 35%.
Infine, è possibile ottenere un'uscita di impulso laser con lunghezza d'onda di 1,57 μm, energia superiore a 80 mJ e larghezza di impulso laser di 8,5 ns. L'angolo di divergenza del raggio laser in uscita attraverso l'espansore del raggio laser è di 0,3 mrad. Simulazioni e analisi mostrano che la capacità di misurazione della portata di un telemetro laser a impulsi che utilizza questo laser può superare i 30 km.
| lunghezza d'onda | 1570±5nm |
| Frequenza di ripetizione | 20 Hz |
| Angolo di diffusione del raggio laser (espansione del raggio) | 0,3-0,6 mrad |
| Larghezza di impulso | 8,5 ns |
| Energia a impulsi | 80 mJ |
| Orario di lavoro continuo | 5 minuti |
| Peso | ≤1,2 kg |
| Temperatura di lavoro | -40℃~65℃ |
| Temperatura di conservazione | -50℃~65℃ |
Oltre a migliorare i propri investimenti in ricerca e sviluppo tecnologico, rafforzare la struttura del team di ricerca e sviluppo e perfezionare il sistema di innovazione tecnologica, Lumispot Tech collabora attivamente con istituti di ricerca esterni in ambito industriale, universitario e di ricerca, e ha instaurato un buon rapporto di collaborazione con rinomati esperti del settore nazionale. La tecnologia di base e i componenti chiave sono stati sviluppati in modo indipendente, tutti i componenti chiave sono stati sviluppati e prodotti in modo indipendente e tutti i dispositivi sono stati localizzati. Bright Source Laser continua ad accelerare il ritmo dello sviluppo e dell'innovazione tecnologica e continuerà a introdurre moduli telemetrici laser per la sicurezza dell'occhio umano a costi inferiori e più affidabili per soddisfare la domanda del mercato.
Data di pubblicazione: 21 giugno 2023