Lumispot Technology Co., Ltd., tras años de investigación y desarrollo, ha desarrollado con éxito un láser pulsado pequeño y ligero con una energía de 80 mJ, una frecuencia de repetición de 20 Hz y una longitud de onda segura para el ojo humano 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 bombeo. Según los resultados de las pruebas, este láser cumple con el amplio rango de temperatura de funcionamiento, de -45 °C a 65 °C, con un rendimiento excelente, alcanzando un nivel avanzado en China.
El telémetro láser pulsado es un instrumento de medición de distancia que utiliza pulsos láser dirigidos al objetivo, con las ventajas de una alta precisión en la medición, una gran resistencia a las interferencias y una estructura compacta. Este producto se utiliza ampliamente en mediciones de ingeniería y otros campos. El método de medición láser pulsado es el más utilizado en la medición de larga distancia. En este telémetro de larga distancia, se recomienda elegir un láser de estado sólido de alta energía y pequeño ángulo de dispersión del haz, utilizando la tecnología de conmutación Q para generar pulsos láser de nanosegundos.
Las tendencias relevantes en 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 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 más de 20 km. Por lo tanto, es urgente estudiar los telémetros láser de alto rendimiento.
En los últimos años, Lumispot Tech ha dedicado sus esfuerzos a la investigación, el diseño, la producción y la venta de un 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 con una longitud de onda segura para los ojos de 1,57 µm, con alta potencia pico y estructura compacta, como resultado de la demanda práctica en la investigación de la miniaturización de telémetros láser de largo alcance. Después del experimento, este láser muestra amplias perspectivas de aplicación, posee un rendimiento excelente y una fuerte adaptabilidad ambiental en un amplio rango de temperatura de trabajo de -40 a 65 grados Celsius.
Mediante la siguiente ecuación, con una cantidad fija de otra referencia, al mejorar la potencia de salida máxima y disminuir el ángulo de dispersión del haz, se puede mejorar la distancia de medición del telémetro. En consecuencia, los dos factores: el valor de la potencia de salida máxima y el pequeño ángulo de dispersión del haz, junto con un láser de estructura compacta con refrigeración por aire, son clave para determinar la capacidad de medición de distancia de un telémetro específico.
La clave para lograr un láser con longitud de onda segura para el ojo humano es la técnica del oscilador paramétrico óptico (OPO), que incluye la opción de cristal no lineal, método de adaptación de fase y diseño de la estructura interna del OPO. La elección del cristal no lineal depende de un gran coeficiente no lineal, un alto umbral de resistencia al daño, propiedades químicas y físicas estables y técnicas de crecimiento maduras, etc., la adaptación de fase debe tener prioridad. Seleccione un método de adaptación de fase no crítico con un gran ángulo de aceptación y un pequeño ángulo de salida; la estructura de la cavidad del OPO debe tener en cuenta la eficiencia y la calidad del haz sobre la base de garantizar la fiabilidad. La curva de cambio de la longitud de onda de salida del KTP-OPO con el ángulo de adaptación 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, la adaptación de ángulo utilizada θ=90°, φ=0°, es decir, el uso del método de adaptación de clase, cuando el coeficiente no lineal efectivo del cristal es el mayor y no hay efecto de dispersión.
Basándose en una consideración exhaustiva del problema anterior, combinada con el nivel de desarrollo de la técnica y el equipo láser nacionales actuales, la solución técnica de optimización es: El OPO adopta un diseño KTP-OPO de doble cavidad externa de adaptación de fase no crítica de Clase II; los 2 KTP-OPO tienen incidencia vertical 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 de láseres semiconductores refrigerados por conducción, desarrollado y desarrollado 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 acoplada por polarización plegada. El prisma de ángulo recto y la lámina de onda se 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 de KTP conectados en serie
En esta ecuación, Prec es la potencia de trabajo detectable más pequeña;
Pout es el valor máximo de 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 sección transversal equivalente 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 centro.
ElFigura 2es la pila de barras en forma de arco, colocando 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 del láser, se utilizó una distribución simétrica de la matriz LD en un ángulo de 120 grados. La fuente de bombeo es una longitud de onda de 1064 nm, dos módulos de barra de matriz curva de 6000 W en serie de bombeo en tándem de semiconductores. La energía de salida es de 0-250 mJ con un ancho de pulso de aproximadamente 10 ns y una frecuencia pesada 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 de un láser pulsado con una longitud de onda de 1,57 µm.
Gráfico 4Equipo de muestreo con láser pulsado de 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
Adaptando 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 minuto. Entre ellos, la energía generada por el láser de longitud de onda de 1,57 µm tiene el cambio consecuente con la relación con 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 µm puede alcanzar 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 luz de frecuencia fundamental, su valor umbral es más alto 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 supera el valor umbral del OPO. La relación entre la energía de salida del OPO y la eficiencia con la energía de salida de la luz de frecuencia fundamental se muestra en la figura, de la cual se puede observar que la eficiencia de conversión del OPO puede alcanzar hasta el 35%.
Finalmente, se puede obtener un pulso láser de 1,57 μm de longitud de onda con una energía superior a 80 mJ y una duración de pulso de 8,5 ns. El ángulo de divergencia del haz láser de salida a través del expansor de haz es de 0,3 mrad. Las simulaciones y los análisis demuestran que la capacidad de medición de distancia 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 pulsada | 80 mJ |
| Horario laboral continuo | 5 minutos |
| Peso | ≤1,2 kg |
| Temperatura de funcionamiento | -40℃~65℃ |
| Temperatura de almacenamiento | -50℃~65℃ |
Además de mejorar 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 proyectos de colaboración entre la industria, la universidad y la investigación, y ha establecido una sólida relación 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 han producido localmente. Bright Source Laser continúa acelerando el ritmo de desarrollo e innovación tecnológica y seguirá introduciendo módulos de telémetro láser de seguridad ocular más económicos y fiables para satisfacer la demanda del mercado.
Fecha de publicación: 21 de junio de 2023
