Tras años de investigación y desarrollo, Lumispot Technology Co., Ltd. ha desarrollado 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 segura para la vista de 1,57 μm. Este resultado se logró aumentando la eficiencia de conversión del KTP-OPO y optimizando la salida del módulo láser de diodo de la fuente de bombeo. Según las pruebas realizadas, este láser cumple con el amplio rango de temperatura de funcionamiento, de -45 °C a 65 °C, con un rendimiento excelente, alcanzando un nivel de vanguardia en China.
El telémetro láser pulsado es un instrumento de medición de distancia que utiliza pulsos láser dirigidos al objetivo, ofreciendo alta precisión, gran resistencia a las interferencias y un diseño compacto. Este producto se utiliza ampliamente en ingeniería y otros campos. El método de medición láser pulsado es especialmente común en aplicaciones de medición de larga distancia. Para este tipo de telémetros, se recomienda utilizar un láser de estado sólido de alta energía y ángulo de dispersión reducido, empleando tecnología de conmutación Q para generar pulsos láser de nanosegundos.
Las tendencias relevantes de los telémetros láser pulsados son las siguientes:
(1) Telémetro láser seguro para los ojos humanos: el oscilador paramétrico óptico de 1,57 µm está reemplazando gradualmente la posición del telémetro láser tradicional de longitud de onda de 1,06 µm en la mayoría de los campos de medición de distancias.
(2) Telémetro láser remoto miniaturizado de tamaño reducido 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 más de 20 km. Por lo tanto, es urgente estudiar el telémetro láser de alto rendimiento.
En los últimos años, Lumispot Tech ha dedicado sus esfuerzos a la investigación, el diseño, la producción y la venta del láser de estado sólido seguro para la vista con una longitud de onda de 1,57 µm, un ángulo de dispersión del haz pequeño y un alto rendimiento operativo.
Recientemente, Lumispot Tech diseñó un láser refrigerado por aire de 1,57 µm, seguro para la vista, con alta potencia pico y estructura compacta, como resultado de la necesidad práctica en la investigación de telémetros láser de largo alcance miniaturizados. Tras el experimento, este láser muestra amplias perspectivas de aplicación, un excelente rendimiento y una gran adaptabilidad ambiental en un amplio rango de temperaturas de funcionamiento, desde -40 °C hasta 65 °C.
Mediante la siguiente ecuación, manteniendo constante la cantidad de referencia, al aumentar la potencia máxima de salida y disminuir el ángulo de dispersión del haz, se puede mejorar la distancia de medición del telémetro. En consecuencia, los dos factores clave que determinan la capacidad de medición de distancia de un telémetro específico son: la potencia máxima de salida y el ángulo de dispersión reducido del haz en un láser de estructura compacta con refrigeración por aire.
La clave para lograr un láser con una longitud de onda segura para la vista humana reside en la técnica del oscilador paramétrico óptico (OPO), que incluye la elección de un cristal no lineal, el método de acoplamiento de fase y el diseño de la estructura interna del OPO. La selección del cristal no lineal depende de un coeficiente no lineal elevado, un alto umbral de resistencia al daño, propiedades químicas y físicas estables y técnicas de crecimiento consolidadas, entre otros factores. El acoplamiento de fase debe ser prioritario. Se debe seleccionar un método de acoplamiento de fase no crítico con un ángulo de aceptación amplio y un ángulo de salida reducido. La estructura de la cavidad del OPO debe considerar la eficiencia y la calidad del haz, garantizando la fiabilidad. La curva de variación de la longitud de onda de salida del OPO KTP con el ángulo de acoplamiento de fase muestra que, cuando θ = 90°, la luz de señal emite un láser seguro para la vista humana. Por lo tanto, el cristal diseñado se corta a lo largo de un lado, utilizando un acoplamiento angular de θ = 90° y φ = 0°, es decir, empleando el método de acoplamiento de fase, cuando el coeficiente no lineal efectivo del cristal es máximo y no hay efecto de dispersión.
Tras un análisis exhaustivo del problema anterior, y considerando el nivel de desarrollo de la tecnología y los equipos láser nacionales actuales, la solución técnica de optimización es la siguiente: El OPO adopta un diseño de doble cavidad KTP-OPO de cavidad externa con acoplamiento de fase no crítico de Clase II; los dos KTP-OPO inciden verticalmente en una estructura en tándem para mejorar la eficiencia de conversión y la fiabilidad del láser, como se muestra en la figura.Figura 1Arriba.
La fuente de bombeo es un conjunto de láseres semiconductores refrigerados por conducción, desarrollado e investigado internamente, con un ciclo de trabajo máximo del 2%, una potencia pico de 100 W por barra y una potencia total de trabajo de 12 000 W. El prisma de ángulo recto, el espejo plano totalmente reflectante y el polarizador forman una cavidad resonante de salida con acoplamiento de polarización plegada. El prisma de ángulo recto y la lámina de onda giran para obtener la salida de acoplamiento láser deseada de 1064 nm. 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 detectable más pequeña;
Pout es el valor máximo de potencia de salida del 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 sección transversal equivalente del objetivo;
R es el rango de medición más amplio;
σ es el coeficiente de absorción atmosférica.
Figura 2: 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 contienen varillas 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 diodos láser (LD) a un ángulo de 120 grados. La fuente de bombeo tiene una longitud de onda de 1064 nm, y consta de dos módulos de barras curvas de 6000 W conectados en serie mediante bombeo en tándem semiconductor. La energía de salida es de 0 a 250 mJ con un ancho de pulso de aproximadamente 10 ns y una frecuencia elevada de 20 Hz. Se utiliza una cavidad plegada, y el láser de 1,57 μm de longitud de onda se emite tras un cristal no lineal KTP en tándem.
Gráfico 3Dibujo dimensional de un láser pulsado con una longitud de onda de 1,57 µm.
Gráfico 4Equipo de muestreo láser pulsado con longitud de onda de 1,57 µm
Gráfico 5:Salida de 1,57 μm
Gráfico 6:La eficiencia de conversión de la fuente de la bomba
Se adaptó la medición de energía láser para medir la potencia de salida de dos longitudes de onda diferentes. Según la gráfica inferior, el valor de energía obtenido fue el promedio obtenido al operar a 20 Hz durante 1 minuto. La energía generada por el láser de 1,57 µm varía en función de la energía de la fuente de bombeo de 1064 nm. Cuando la energía de la fuente de bombeo es de 220 mJ, la energía de salida del láser de 1,57 µm alcanza los 80 mJ, con una tasa de conversión del 35 %. Dado que la señal de luz del OPO se genera bajo la acción de una determinada densidad de potencia de luz de frecuencia fundamental, su umbral es superior al umbral de la luz de frecuencia fundamental de 1064 nm, y su energía de salida aumenta rápidamente una vez que la energía de bombeo supera el umbral del OPO. En la figura se muestra la relación entre la energía de salida del OPO y su eficiencia con la energía de salida de la luz de frecuencia fundamental, de donde se puede observar que la eficiencia de conversión del OPO puede alcanzar hasta el 35%.
Finalmente, se logró obtener un pulso láser de 1,57 μm de longitud de onda con una energía superior a 80 mJ y una duración de 8,5 ns. El ángulo de divergencia del haz láser de salida, tras pasar por el expansor, es de 0,3 mrad. Las simulaciones y los análisis demuestran que la capacidad de medición de distancia de un telémetro láser pulsado que utilice este láser puede superar los 30 km.
| Longitud de onda | 1570±5nm |
| 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 de pulso | 80 mJ |
| Horas de trabajo continuas | 5 minutos |
| Peso | ≤1,2 kg |
| Temperatura de funcionamiento | -40℃~65℃ |
| Temperatura de almacenamiento | -50℃~65℃ |
Además de incrementar su inversión en investigación y desarrollo tecnológico, fortalecer su equipo de I+D y perfeccionar su sistema de innovación tecnológica, Lumispot Tech colabora activamente con instituciones de investigación externas en el marco de la colaboración universidad-industria, y ha establecido sólidas relaciones de cooperación con reconocidos expertos del sector a nivel nacional. La tecnología central y los componentes clave se han desarrollado y fabricado de forma independiente, y todos los dispositivos se producen localmente. Bright Source Laser continúa acelerando el ritmo de desarrollo e innovación tecnológica, e introducirá módulos de telémetro láser de menor costo y mayor confiabilidad, que priorizan la seguridad ocular, para satisfacer la demanda del mercado.
Fecha de publicación: 21 de junio de 2023