Volgens het verschillende generatiemechanisme van kortegolf-infraroodlasers zijn er drie soorten kortegolf-infraroodlasers, namelijk halfgeleiderlasers, fiberlasers en solid-state lasers.Onder hen kunnen solid-state lasers worden onderverdeeld in solid-state lasers op basis van optische niet-lineaire golflengteconversie en solid-state lasers die direct kortegolf-infraroodlasers genereren uit laserbewerkingsmaterialen.
Halfgeleiderlasers gebruiken halfgeleidermaterialen als laserbewerkingsmaterialen en de golflengte van de uitgangslaser wordt bepaald door de bandafstand van de halfgeleidermaterialen.Met de ontwikkeling van de materiaalwetenschap kunnen energiebanden van halfgeleidermaterialen worden aangepast aan een breder bereik van lasergolflengten door middel van energiebandtechniek.Daarom kunnen meerdere kortegolf-infraroodlasergolflengten worden verkregen met halfgeleiderlasers.
Het typische laserwerkmateriaal van kortegolf infrarood halfgeleiderlasers is fosformateriaal.Een indiumfosfide halfgeleiderlaser met een opening van 95 μm heeft bijvoorbeeld lasergolflengten van 1,55 μm en 1,625 μm en het vermogen heeft 1,5 W bereikt.
Vezellaser gebruikt met zeldzame aarde gedoteerde glasvezel als lasermedium en halfgeleiderlaser als pompbron.Het heeft uitstekende eigenschappen, zoals lage drempel, hoge conversie-efficiëntie, goede kwaliteit van de uitgangsbundel, eenvoudige structuur en hoge betrouwbaarheid.Het kan ook profiteren van het brede spectrum van zeldzame-aarde-ionenstraling om een afstembare fiberlaser te vormen door selectieve optische elementen toe te voegen, zoals roosters in de laserresonator.Fiberlasers zijn een belangrijke richting in de ontwikkeling van lasertechnologie geworden.
1. Laser in vaste toestand
De solid-state laserversterkingsmedia die direct kortegolf-infraroodlasers kunnen genereren, zijn voornamelijk Er: YAG-kristallen en keramiek, en Er-gedoopt glas.De solid-state laser op basis van Er:YAG-kristal en keramiek kan direct een kortegolf-infraroodlaser van 1,645 μm uitvoeren, wat de afgelopen jaren een hotspot is in het onderzoek naar kortegolf-infraroodlasers [3-5].Momenteel heeft de pulsenergie van Er: YAG-lasers die gebruik maken van elektro-optische of akoestisch-optische Q-switching enkele tot tientallen mJ bereikt, een pulsbreedte van tientallen ns en een herhalingsfrequentie van tientallen tot duizenden Hz.Als een halfgeleiderlaser van 1,532 μm wordt gebruikt als pompbron, heeft dit grote voordelen op het gebied van laseractieve verkenning en lasertegenmaatregelen, vooral het stealth-effect op typische laserwaarschuwingsapparaten.
Er-glaslaser heeft een compacte structuur, lage kosten, een laag gewicht en kan Q-geschakelde werking realiseren.Het is de geprefereerde lichtbron voor actieve detectie van kortegolf-infraroodlasers.Vanwege de vier tekortkomingen van Er-glasmaterialen: ten eerste is de centrale golflengte van het absorptiespectrum 940 nm of 976 nm, waardoor het pompen van lampen moeilijk te bereiken is;Ten tweede is de bereiding van Er-glasmaterialen moeilijk en is het niet eenvoudig om grote maten te maken;Ten derde, Er-glas Het materiaal heeft slechte thermische eigenschappen en het is niet eenvoudig om gedurende lange tijd een repetitieve frequentiewerking te bereiken, laat staan een continue werking;ten vierde is er geen geschikt Q-schakelmateriaal.Hoewel het onderzoek naar kortegolf-infraroodlasers op basis van Er-glas altijd de aandacht van mensen heeft getrokken, is er vanwege de bovengenoemde vier redenen geen product uitgekomen.Tot 1990, met de opkomst van halfgeleiderlaserstaven met golflengten van 940 nm en 980 nm, en de opkomst van verzadigde absorptiematerialen zoals Co2+:MgAl2O4 (met kobalt gedoteerd magnesiumaluminaat), de twee belangrijkste knelpunten van pompbron en Q-switching waren gebroken.Het onderzoek naar glaslasers heeft zich snel ontwikkeld.Vooral in de afgelopen jaren weegt de miniatuur Er-glaslasermodule van mijn land, die een halfgeleiderpompbron, Er-glas en resonantieholte integreert, niet meer dan 10 g en heeft een kleine batchproductiecapaciteit van 50 kW piekvermogenmodules.Vanwege de slechte thermische prestaties van Er-glasmateriaal is de herhalingsfrequentie van de lasermodule echter nog steeds relatief laag.De laserfrequentie van de 50 kW-module is slechts 5 Hz en de maximale laserfrequentie van de 20 kW-module is 10 Hz, wat alleen kan worden gebruikt in laagfrequente toepassingen.
De laseroutput van 1,064 μm van de Nd:YAG-pulslaser heeft een piekvermogen tot megawatt.Wanneer zo'n sterk coherent licht door een aantal speciale materialen gaat, worden de fotonen ervan inelastisch verstrooid op de moleculen van het materiaal, dat wil zeggen dat de fotonen worden geabsorbeerd en relatief laagfrequente fotonen produceren.Er zijn twee soorten stoffen die dit frequentieomzettingseffect kunnen bereiken: de ene is niet-lineaire kristallen, zoals KTP, LiNbO3, enz.;de andere is hogedrukgas zoals H2.Plaats ze in de optische resonantieholte om een optische parametrische oscillator (OPO) te vormen.
OPO op basis van gas onder hoge druk verwijst meestal naar een gestimuleerde Raman parametrische oscillator die licht verstrooit.Het pomplicht wordt gedeeltelijk geabsorbeerd en genereert een laagfrequente lichtgolf.De volwassen Raman-laser gebruikt een laser van 1,064 μm om hogedrukgas H2 te pompen om een kortegolf-infraroodlaser van 1,54 μm te verkrijgen.
FOTO 1
De typische toepassing van het kortegolf-infrarood GV-systeem is nachtelijke beeldvorming over lange afstanden.De laserverlichting moet een kortegolf-infraroodlaser met korte puls zijn met een hoog piekvermogen en de herhalingsfrequentie moet consistent zijn met de framefrequentie van de stroboscoopcamera.Volgens de huidige status van kortegolf-infraroodlasers in binnen- en buitenland zijn diode-gepompte Er: YAG-lasers en op OPO gebaseerde 1,57 μm solid-state lasers de beste keuzes.De herhalingsfrequentie en het piekvermogen van de miniatuur Er-glaslaser moeten nog worden verbeterd.3.Toepassing van kortegolf-infraroodlaser in foto-elektrische anti-verkenning
De essentie van anti-verkenning met kortegolf-infraroodlasers is het bestralen van de opto-elektronische verkenningsapparatuur van de vijand die in de kortegolf-infraroodband werkt met kortegolf-infraroodlaserstralen, zodat deze verkeerde doelinformatie kan verkrijgen of niet normaal kan werken, of zelfs de melder is beschadigd.Er zijn twee typische anti-verkenningsmethoden met kortegolf-infraroodlasers, namelijk de misleidingsinterferentie op afstand voor de laserafstandsmeter die veilig is voor het menselijk oog en de onderdrukkingsschade aan de kortegolf-infraroodcamera.
1.1 Afstandsbedroginterferentie voor laserafstandsmeter voor veiligheid van het menselijk oog
De gepulseerde laserafstandsmeter converteert de afstand tussen het doel en het doel door het tijdsinterval van de laserpuls die heen en weer gaat tussen het lanceerpunt en het doel.Als de afstandsmeterdetector andere laserpulsen ontvangt voordat het gereflecteerde echosignaal van het doel het lanceerpunt bereikt, stopt de timing en is de omgerekende afstand niet de werkelijke afstand van het doel, maar kleiner dan de werkelijke afstand van het doel.Valse afstand, die het doel bereikt om de afstand van de afstandsmeter te misleiden.Voor oogveilige laserafstandsmeters kunnen kortegolf-infraroodpulslasers van dezelfde golflengte worden gebruikt om interferentie op afstand te implementeren.
De laser die de interferentie van afstandsbedrog van de afstandsmeter implementeert, simuleert de diffuse reflectie van het doel naar de laser, dus het piekvermogen van de laser is erg laag, maar er moet aan de volgende twee voorwaarden worden voldaan:
1) De lasergolflengte moet hetzelfde zijn als de werkgolflengte van de interfererende afstandsmeter.Voor de meetzoekerdetector is een interferentiefilter geïnstalleerd en de bandbreedte is erg smal.Lasers met andere golflengten dan de werkgolflengte kunnen het lichtgevoelige oppervlak van de detector niet bereiken.Zelfs de lasers van 1,54 μm en 1,57 μm met vergelijkbare golflengten kunnen elkaar niet storen.
2) De herhalingsfrequentie van de laser moet hoog genoeg zijn.De meetzoekerdetector reageert alleen op het lasersignaal dat zijn lichtgevoelige oppervlak bereikt wanneer het bereik wordt gemeten.Om effectieve interferentie te bereiken, moet de interferentiepuls minimaal 2 tot 3 pulsen in de meetzoekergolfpoort persen.De bereikpoort die momenteel kan worden bereikt, is in de orde van μs, dus de interfererende laser moet een hoge herhalingsfrequentie hebben.Als we een doelafstand van 3 km als voorbeeld nemen, is de tijd die de laser nodig heeft om één keer heen en weer te gaan 20 μs.Als er minimaal 2 pulsen worden ingevoerd, moet de laserherhalingsfrequentie 50 kHz bereiken.Als het minimale bereik van de laserafstandsmeter 300 m is, mag de herhalingsfrequentie van de stoorzender niet lager zijn dan 500 kHz.Alleen halfgeleiderlasers en fiberlasers kunnen zo'n hoge herhalingsfrequentie bereiken.
1.2 Onderdrukkende interferentie en schade aan kortegolf-infraroodcamera's
Als de kerncomponent van het kortegolf-infraroodbeeldvormingssysteem heeft de kortegolf-infraroodcamera een beperkt dynamisch reactiebereik optisch vermogen van zijn InGaAs-brandvlakdetector.Als het invallende optische vermogen de bovengrens van het dynamische bereik overschrijdt, treedt verzadiging op en kan de detector geen normale beeldvorming uitvoeren.Hoger vermogen De laser veroorzaakt blijvende schade aan de detector.
Continue en laag piekvermogen halfgeleiderlasers en fiberlasers met een hoge herhalingsfrequentie zijn geschikt voor het continu onderdrukken van interferentie van kortegolf infraroodcamera's.Bestraal de kortegolf-infraroodcamera continu met een laser.Vanwege het sterk vergrotende condensatie-effect van de optische lens, is het gebied dat wordt bereikt door de laserverstrooide plek op het InGaAs-brandpuntsvlak ernstig verzadigd en kan daarom niet normaal worden afgebeeld.Pas nadat de laserbestraling gedurende een bepaalde tijd is gestopt, kunnen de beeldvormingsprestaties geleidelijk weer normaal worden.
Volgens de resultaten van jarenlang onderzoek en ontwikkeling van laseractieve tegenmaatregelen in de zichtbare en nabij-infraroodbanden en meerdere veldschade-effectiviteitstests, kunnen alleen kortepulslasers met een piekvermogen van megawatt en hoger onomkeerbare schade aan tv veroorzaken camera's op kilometers afstand.schade.Of het schade-effect kan worden bereikt, het piekvermogen van de laser is de sleutel.Zolang het piekvermogen hoger is dan de schadedrempel van de detector, kan een enkele puls de detector beschadigen.Vanuit het oogpunt van de moeilijkheidsgraad van het laserontwerp, de warmtedissipatie en het stroomverbruik, hoeft de herhalingsfrequentie van de laser niet noodzakelijkerwijs de framesnelheid van de camera of zelfs hoger te bereiken, en 10 Hz tot 20 Hz kan voldoen aan daadwerkelijke gevechtstoepassingen.Kortegolf-infraroodcamera's vormen natuurlijk geen uitzondering.
InGaAs-brandvlakdetectoren omvatten elektronenbombardement-CCD's op basis van InGaAs / InP-elektronenmigratiefotokathodes en later ontwikkelde CMOS.Hun verzadigings- en schadedrempels liggen in dezelfde orde van grootte als op Si gebaseerde CCD/CMOS, maar op InGaAs/InP gebaseerde detectoren zijn nog niet verkregen.Verzadigings- en schadedrempelgegevens van CCD/COMS.
Volgens de huidige status van kortegolf-infraroodlasers in binnen- en buitenland, is de 1,57 μm vaste-stoflaser met repetitieve frequentie op basis van OPO nog steeds de beste keuze voor laserschade aan CCD/COMS.Zijn hoge atmosferische penetratieprestaties en korte-pulslaser met hoog piekvermogen. De lichtvlekdekking en enkele puls-effectieve kenmerken zijn duidelijk voor de zachte moordkracht van het opto-elektronische systeem voor lange afstanden dat is uitgerust met kortegolf-infraroodcamera's.
2. Conclusie
Kortegolf-infraroodlasers met golflengten tussen 1,1 μm en 1,7 μm hebben een hoge atmosferische transmissie en een sterk vermogen om nevel, regen, sneeuw, rook, zand en stof te doordringen.Het is onzichtbaar voor traditionele nachtzichtapparatuur bij weinig licht.De laser in de band van 1,4 μm tot 1,6 μm is veilig voor het menselijk oog en heeft onderscheidende kenmerken, zoals een volwassen detector met een piekresponsgolflengte in dit bereik, en is een belangrijke ontwikkelingsrichting geworden voor militaire lasertoepassingen.
Dit artikel analyseert de technische kenmerken en status-quo van vier typische kortegolf-infraroodlasers, waaronder fosforhalfgeleiderlasers, Er-gedoteerde fiberlasers, Er-gedoteerde vastestoflasers en op OPO gebaseerde vastestoflasers, en vat het gebruik samen van deze kortegolf-infraroodlasers in foto-elektrisch actieve verkenning.Typische toepassingen in anti-verkenning.
1) Continu en laag piekvermogen, hoge herhalingsfrequentie, fosforhalfgeleiderlasers en Er-gedoteerde fiberlasers worden voornamelijk gebruikt voor hulpverlichting voor stealth-surveillance over lange afstanden en 's nachts richten en het onderdrukken van interferentie met kortegolf-infraroodcamera's van de vijand.High-repetition short-pulse fosfor halfgeleider lasers en Er-gedoteerde fiber lasers zijn ook ideale lichtbronnen voor multi-pulse systeem oogveiligheid variërend, laser scanning imaging radar en oogveiligheid laser afstandsmeter afstandsbedrog interferentie.
2) Op OPO gebaseerde solid-state lasers met een lage herhalingsfrequentie maar met een piekvermogen van megawatt of zelfs tien megawatt kunnen op grote schaal worden gebruikt in flitsbeeldradar, langeafstandsobservatie met laserpoorten 's nachts, kortegolf-infraroodlaserschade en traditionele modus menselijke ogen op afstand Veiligheidslaser variërend.
3) De miniatuur Er-glaslaser is de afgelopen jaren een van de snelst groeiende richtingen van kortegolf-infraroodlasers.De huidige vermogen- en herhalingsfrequentieniveaus kunnen worden gebruikt in miniatuurlaserafstandsmeters voor oogveiligheid.Na verloop van tijd, zodra het piekvermogen het megawatt-niveau bereikt, kan het worden gebruikt voor flitsbeeldradar, lasergating-observatie en laserschade aan kortegolf-infraroodcamera's.
4) De diode-gepompte Er:YAG-laser die het laserwaarschuwingsapparaat verbergt, is de algemene ontwikkelingsrichting van krachtige kortegolf-infraroodlasers.Het heeft een groot toepassingspotentieel in flitslidar, langeafstandsobservatie met laserpoorten 's nachts en laserschade.
Omdat wapensystemen de afgelopen jaren steeds hogere eisen stellen aan de integratie van opto-elektronische systemen, is de kleine en lichtgewicht laserapparatuur een onvermijdelijke trend geworden in de ontwikkeling van laserapparatuur.Halfgeleiderlasers, fiberlasers en miniatuurlasers met een klein formaat, een laag gewicht en een laag stroomverbruik Er-glaslasers zijn de hoofdrichting geworden van de ontwikkeling van kortegolf-infraroodlasers.Met name fiberlasers met een goede straalkwaliteit hebben een groot toepassingspotentieel bij nachtelijke hulpverlichting, stealth-surveillance en -richten, scanning imaging lidar en laseronderdrukkingsinterferentie.Het vermogen / de energie van deze drie soorten kleine en lichtgewicht lasers is echter over het algemeen laag en kan alleen worden gebruikt voor sommige verkenningstoepassingen op korte afstand, en kan niet voldoen aan de behoeften van verkenning en tegenverkenning op lange afstand.Daarom ligt de nadruk bij de ontwikkeling op het vergroten van het laservermogen/-energie.
Op OPO gebaseerde solid-state lasers hebben een goede straalkwaliteit en een hoog piekvermogen, en hun voordelen bij langeafstandsgated observatie, flitsbeeldradar en laserschade zijn nog steeds zeer duidelijk, en de laseruitvoerenergie en laserherhalingsfrequentie moeten verder worden verhoogd .Voor diodegepompte Er:YAG-lasers, als de pulsenergie wordt verhoogd terwijl de pulsbreedte verder wordt gecomprimeerd, wordt dit het beste alternatief voor OPO-lasers in vaste toestand.Het heeft voordelen bij gated observatie over lange afstanden, flitsradar en laserschade.Groot toepassingspotentieel.
Meer productinformatie, u kunt onze website bezoeken:
https://www.erbiumtechnology.com/
E-mailadres:devin@erbiumtechnology.com
WhatsApp: +86-18113047438
Telefax: +86-2887897578
Toevoegen: nr. 23, Chaoyang-weg, Xihe-straat, Longquanyi-district, Chengdu, 610107, China.
Updatetijd: 02-03-2022
