Lumispot Technology Co., Ltd., tras años de investigación y desarrollo, desarrolló con éxito un láser pulsado compacto y ligero con una energía de 80 mJ, una frecuencia de repetición de 20 Hz y una longitud de onda de 1,57 μm, segura para el ojo humano. Este resultado se logró aumentando la eficiencia de conversión del KTP-OPO y optimizando la salida del módulo láser de diodo con fuente de bombeo. Según los resultados de las pruebas, este láser cumple con los requisitos de temperatura de trabajo, de -45 °C a 65 °C, con un rendimiento excelente, alcanzando el nivel más avanzado en China.
El telémetro láser pulsado es un instrumento de medición de distancias que se caracteriza por la alta precisión de su pulso láser dirigido al objetivo, su alta capacidad antiinterferente y su diseño compacto. Este producto se utiliza ampliamente en mediciones de ingeniería y otros campos. Este método de telémetro láser pulsado es el más utilizado en la medición de largas distancias. En este tipo de telémetro, es preferible optar por un láser de estado sólido de alta energía y pequeño ángulo de dispersión del haz, que utiliza tecnología Q-switching para generar pulsos láser de nanosegundos.
Las tendencias relevantes del telémetro láser pulsado son las siguientes:
(1) Telémetro láser seguro para los ojos humanos: el oscilador paramétrico óptico de 1,57 um está reemplazando gradualmente la posición del telémetro láser de longitud de onda tradicional de 1,06 um en la mayoría de los campos de telémetro.
(2) Telémetro láser remoto miniaturizado de tamaño pequeño y peso ligero.
Con la mejora del rendimiento de los sistemas de detección e imagen, se requieren telémetros láser remotos capaces de medir objetivos pequeños de 0,1 m² a lo largo de 20 km. Por lo tanto, es urgente estudiar telémetros láser de alto rendimiento.
En los últimos años, Lumispot Tech se ha esforzado en investigar, diseñar, producir y vender un láser de estado sólido seguro para los ojos con una longitud de onda de 1,57 um, un ángulo de dispersión del haz pequeño y un alto rendimiento operativo.
Recientemente, Lumispot Tech, diseñó un láser refrigerado por aire con una longitud de onda de 1,57 um segura para los ojos con una alta potencia máxima y una estructura compacta, como resultado de la demanda práctica dentro de la investigación de telémetros láser de larga distancia minimizados. Después del experimento, este láser muestra amplias perspectivas de aplicación, posee un rendimiento excelente, una fuerte adaptabilidad ambiental en un amplio rango de temperatura de trabajo de -40 a 65 grados centígrados.
Mediante la siguiente ecuación, con una cantidad fija de otra referencia, al aumentar la potencia de salida máxima y reducir el ángulo de dispersión del haz, se puede mejorar la distancia de medición del telémetro. Como resultado, dos factores: el valor de la potencia de salida máxima y un ángulo de dispersión del haz pequeño. El láser de estructura compacta con refrigeración por aire es clave para determinar la capacidad de medición de distancia de un telémetro específico.
La parte clave para lograr un láser con una longitud de onda segura para el ojo humano es la técnica del oscilador paramétrico óptico (OPO), que incluye la opción de un cristal no lineal, el método de coincidencia de fase y el diseño de la estructura interior del OPO. La elección del cristal no lineal depende de un coeficiente no lineal alto, un umbral de resistencia al daño alto, propiedades químicas y físicas estables y las técnicas de crecimiento maduro, etc., la coincidencia de fase debe tener prioridad. Seleccione un método de coincidencia de fase no crítico con un ángulo de aceptación grande y un ángulo de salida pequeño; la estructura de la cavidad del OPO debe tener en cuenta la eficiencia y la calidad del haz para garantizar la fiabilidad. La curva de cambio de la longitud de onda de salida del KTP-OPO con el ángulo de coincidencia de fase, cuando θ = 90°, la luz de señal puede emitir exactamente el láser seguro para el ojo humano. Por lo tanto, el cristal diseñado se corta a lo largo de un lado, el ángulo de coincidencia utilizado es θ = 90°, φ = 0°, es decir, el uso del método de coincidencia de clase, cuando el coeficiente no lineal efectivo del cristal es el mayor y no hay efecto de dispersión.
Con base en una consideración integral del problema anterior, combinado con el nivel de desarrollo de la técnica y el equipo láser domésticos actuales, la solución técnica de optimización es: El OPO adopta un diseño KTP-OPO de cavidad dual de cavidad externa de coincidencia de fase no crítica de Clase II; los 2 KTP-OPO inciden verticalmente en una estructura en tándem para mejorar la eficiencia de conversión y la confiabilidad del láser como se muestra enFigura 1Arriba.
La fuente de bombeo es un conjunto láser semiconductor refrigerado por conducción, desarrollado e investigado por nosotros, con un ciclo de trabajo máximo del 2%, una potencia pico de 100 W por barra y una potencia de trabajo total de 12 000 W. El prisma de ángulo recto, el espejo plano totalmente reflectante y el polarizador forman una cavidad resonante de salida acoplada por polarización plegada, y el prisma de ángulo recto y la placa de onda se rotan para obtener la salida de acoplamiento láser de 1064 nm deseada. El método de modulación Q es una modulación Q electroóptica activa presurizada basada en un cristal KDP.
Figura 1Dos cristales KTP conectados en serie
En esta ecuación, Prec es la potencia de trabajo más pequeña detectable;
Pout es el valor máximo de salida de la potencia de trabajo;
D es la apertura del sistema óptico receptor;
t es la transmitancia del sistema óptico;
θ es el ángulo de dispersión del haz emisor del láser;
r es la tasa de reflexión del objetivo;
A es el área de la sección transversal equivalente del objetivo;
R es el rango de medición más grande;
σ es el coeficiente de absorción atmosférica.
Figura 2:El módulo de matriz de barras en forma de arco mediante desarrollo propio,
con la varilla de cristal YAG en el medio.
ElFigura 2Se trata de pilas de barras en forma de arco, que colocan las barras de cristal YAG como medio láser dentro del módulo, con una concentración del 1%. Para resolver la contradicción entre el movimiento lateral del láser y la distribución simétrica de la salida láser, se utilizó una distribución simétrica del arreglo de LD en un ángulo de 120 grados. La fuente de bombeo tiene una longitud de onda de 1064 nm, dos módulos de barras de matriz curva de 6000 W en serie, bombeando semiconductores en tándem. La energía de salida es de 0-250 mJ con un ancho de pulso de aproximadamente 10 ns y una frecuencia de 20 Hz. Se utiliza una cavidad plegada, y el láser de longitud de onda de 1,57 μm se emite después de un cristal no lineal KTP en tándem.
Gráfico 3Dibujo dimensional del láser pulsado con longitud de onda de 1,57 um
Gráfico 4Equipo de muestra de láser pulsado con longitud de onda de 1,57 um
Gráfico 5:Salida de 1,57 μm
Gráfico 6:La eficiencia de conversión de la fuente de bombeo
Adaptación de la medición de energía láser para medir la potencia de salida de 2 tipos de longitud de onda respectivamente. Según el gráfico que se muestra a continuación, el resultado del valor de energía fue el valor promedio trabajando a 20 Hz con un período de trabajo de 1 min. Entre ellos, la energía generada por el láser de longitud de onda de 1,57 um tiene el cambio consecuente con la relación de la energía de la fuente de bombeo de longitud de onda de 1064 nm. Cuando la energía de la fuente de bombeo es igual a 220 mJ, la energía de salida del láser de longitud de onda de 1,57 um puede alcanzar los 80 mJ, con una tasa de conversión de hasta el 35 %. Dado que la luz de señal OPO se genera bajo la acción de cierta densidad de potencia de la luz de frecuencia fundamental, su valor umbral es mayor que el valor umbral de la luz de frecuencia fundamental de 1064 nm, y su energía de salida aumenta rápidamente después de que la energía de bombeo excede el valor umbral de OPO. La relación entre la energía de salida y la eficiencia del OPO con la energía de salida de luz de frecuencia fundamental se muestra en la figura, de la cual se puede ver que la eficiencia de conversión del OPO puede alcanzar hasta el 35%.
Por último, se puede lograr una salida de pulso láser con una longitud de onda de 1,57 μm con una energía mayor a 80 mJ y un ancho de pulso láser de 8,5 ns. El ángulo de divergencia del rayo láser de salida a través del expansor de rayo láser es de 0,3 mrad. Las simulaciones y el análisis muestran que la capacidad de medición de rango de un telémetro láser pulsado que utiliza este láser puede superar los 30 km.
| Longitud de onda | 1570 ± 5 nm |
| Frecuencia de repetición | 20 Hz |
| Ángulo de dispersión del haz láser (expansión del haz) | 0,3-0,6 mrad |
| Ancho de pulso | 8,5 ns |
| Energía del pulso | 80 mJ |
| Horas de trabajo continuas | 5 minutos |
| Peso | ≤1,2 kg |
| Temperatura de trabajo | -40℃~65℃ |
| Temperatura de almacenamiento | -50℃~65℃ |
Además de aumentar su propia inversión en investigación y desarrollo tecnológico, fortalecer el equipo de I+D y perfeccionar el sistema de innovación en I+D, Lumispot Tech también colabora activamente con instituciones de investigación externas en el ámbito de la industria, la universidad y la investigación, y ha establecido una sólida relación de colaboración con reconocidos expertos nacionales del sector. La tecnología principal y los componentes clave se han desarrollado de forma independiente, todos los componentes clave se han desarrollado y fabricado de forma independiente, y todos los dispositivos se han localizado. Bright Source Laser sigue acelerando el ritmo del desarrollo y la innovación tecnológica, y seguirá introduciendo módulos de telémetro láser para la seguridad ocular más económicos y fiables para satisfacer la demanda del mercado.
Hora de publicación: 21 de junio de 2023