Enligt de olika genereringsmekanismerna för kortvågiga infraröda lasrar finns det tre typer av kortvågiga infraröda lasrar, nämligen halvledarlasrar, fiberlasrar och halvledarlasrar.Bland dem kan halvledarlasrar delas upp i halvledarlasrar baserade på optisk olinjär våglängdsomvandling och fast tillståndslasrar som direkt genererar kortvågiga infraröda lasrar från laserarbetsmaterial.
Halvledarlasrar använder halvledarmaterial som laserarbetsmaterial, och den utgående laservåglängden bestäms av bandgapet för halvledarmaterialen.Med utvecklingen av materialvetenskap kan energiband av halvledarmaterial skräddarsys till ett bredare spektrum av laservåglängder genom energibandsteknik.Därför kan flera kortvågiga infraröda laservåglängder erhållas med halvledarlasrar.
Det typiska laserarbetsmaterialet för kortvågig infraröd halvledarlaser är fosformaterial.Till exempel har en indiumfosfid-halvledarlaser med en bländarstorlek på 95 μm utgående laservåglängder på 1,55 μm och 1,625 μm, och effekten har nått 1,5 W.
Fiberlaser använder sällsynt jordartsmetalldopad glasfiber som lasermedium och halvledarlaser som pumpkälla.Den har utmärkta egenskaper som låg tröskel, hög konverteringseffektivitet, bra utsignalsstrålekvalitet, enkel struktur och hög tillförlitlighet.Den kan också dra fördel av det breda spektrumet av jonstrålning av sällsynta jordartsmetaller för att bilda en avstämbar fiberlaser genom att lägga till selektiva optiska element såsom gitter i laserresonatorn.Fiberlasrar har blivit en viktig riktning i utvecklingen av laserteknik.
1.Solid state laser
Halvledarlaserförstärkningsmedierna som direkt kan generera kortvågiga infraröda lasrar är huvudsakligen Er: YAG-kristaller och keramik, och Er-dopat glas.Solid-state-lasern baserad på Er:YAG-kristall och keramik kan direkt mata ut 1,645 μm kortvågig infraröd laser, vilket är en het punkt i forskningen om kortvågig infraröd laser de senaste åren [3-5].För närvarande har pulsenergin för Er: YAG-lasrar som använder elektrooptisk eller akustooptisk Q-switch nått några till tiotals mJ, en pulsbredd på tiotals ns och en repetitionsfrekvens på tiotals till tusentals Hz.Om en 1,532 μm halvledarlaser används som pumpkälla, kommer den att ha stora fördelar inom området för laseraktiv spaning och lasermotåtgärder, särskilt dess smygeffekt på typiska laservarningsanordningar.
Er glaslaser har kompakt struktur, låg kostnad, låg vikt och kan realisera Q-switchad drift.Det är den föredragna ljuskällan för aktiv detektering av kortvågig infraröd laser.Men på grund av de fyra bristerna hos Er-glasmaterial: För det första är absorptionsspektrats centrala våglängd 940 nm eller 976 nm, vilket gör lamppumpning svår att uppnå;För det andra är framställningen av Er-glasmaterial svårt och det är inte lätt att göra stora storlekar;För det tredje, Er glas Materialet har dåliga termiska egenskaper, och det är inte lätt att uppnå repetitiv frekvensdrift under lång tid, än mindre kontinuerlig drift;För det fjärde finns det inget lämpligt Q-switch-material.Även om forskningen kring kortvågig infraröd laser baserad på Er-glas alltid har väckt folks uppmärksamhet, på grund av ovanstående fyra skäl har ingen produkt kommit ut.Fram till 1990, med uppkomsten av halvledarlaserstänger med våglängder på 940 nm och 980 nm, och uppkomsten av mättade absorptionsmaterial som Co2+:MgAl2O4 (koboltdopat magnesiumaluminat), de två stora flaskhalsarna för pumpkälla och Q-switch var trasiga.Forskningen om glaslasrar har utvecklats snabbt.Speciellt under de senaste åren väger mitt lands miniatyr Er-glaslasermodul, som integrerar halvledarpumpkälla, Er-glas och resonanshålighet, inte mer än 10 g och har en liten satsproduktionskapacitet på 50 kW toppeffektmoduler.Men på grund av den dåliga termiska prestandan hos Er-glasmaterial är repetitionsfrekvensen för lasermodulen fortfarande relativt låg.Laserfrekvensen för 50 kW-modulen är endast 5 Hz, och den maximala laserfrekvensen för 20 kW-modulen är 10 Hz, som endast kan användas i lågfrekvensapplikationer.
Den 1,064 μm laserutgången från Nd:YAG-pulslasern har en toppeffekt på upp till megawatt.När ett så starkt koherent ljus passerar genom några speciella material sprids dess fotoner oelastiskt på materialets molekyler, det vill säga fotonerna absorberas och producerar relativt lågfrekventa fotoner.Det finns två typer av ämnen som kan uppnå denna frekvensomvandlingseffekt: den ena är olinjära kristaller, såsom KTP, LiNbO3, etc.;den andra är högtrycksgas såsom H2.Placera dem i den optiska resonanshåligheten för att bilda en optisk parametrisk oscillator (OPO).
OPO baserad på högtrycksgas hänvisar vanligtvis till en parametrisk oscillator med stimulerad Raman-spridningsljus.Pumpljuset absorberas delvis och genererar en lågfrekvent ljusvåg.Den mogna Raman-lasern använder en 1,064 μm laser för att pumpa högtrycksgas H2 för att erhålla en 1,54 μm kortvågig infraröd laser.
BILD 1
Den typiska tillämpningen av kortvågiga infraröda GV-system är långdistansavbildning på natten.Laserbelysningen bör vara en kortpulsad kortvågig infraröd laser med hög toppeffekt, och dess repetitionsfrekvens bör överensstämma med ramfrekvensen för den strobade kameran.Enligt den aktuella statusen för kortvågiga infraröda lasrar hemma och utomlands är diodpumpade Er: YAG-lasrar och OPO-baserade 1,57 μm solid state-lasrar de bästa valen.Upprepningsfrekvensen och toppeffekten för Er-glaslasern i miniatyr behöver fortfarande förbättras.3.Tillämpning av kortvågig infraröd laser i fotoelektrisk antispaning
Kärnan i kortvågig infraröd laser-antispaning är att bestråla fiendens optoelektroniska spaningsutrustning som arbetar i det kortvågiga infraröda bandet med kortvågiga infraröda laserstrålar, så att den kan få fel målinformation eller inte kan fungera normalt, eller till och med detektorn är skadad.Det finns två typiska kortvågiga infraröda laser-anti-spaningsmetoder, nämligen avståndsbedrägeriinterferensen till den mänskliga ögonsäkra laseravståndsmätaren och undertryckningsskadorna på den kortvågiga infraröda kameran.
1.1 Avståndsbedrägeriinterferens för säkerhetslaseravståndsmätare för mänskliga ögon
Den pulsade laseravståndsmätaren omvandlar avståndet mellan målet och målet med tidsintervallet för laserpulsen som går fram och tillbaka mellan startpunkten och målet.Om avståndsmätardetektorn tar emot andra laserpulser innan den reflekterade ekosignalen från målet når uppskjutningspunkten, kommer den att stoppa tajmingen, och det konverterade avståndet är inte det faktiska avståndet till målet, utan mindre än det faktiska avståndet till målet.Falskt avstånd, som uppnår syftet att lura avståndsmätarens avstånd.För ögonsäkra laseravståndsmätare kan kortvågiga infraröda pulslasrar med samma våglängd användas för att implementera störningar av distansbedrägeri.
Lasern som implementerar avståndsmätarens avståndsbedrägeriinterferens simulerar den diffusa reflektionen av målet till lasern, så laserns toppeffekt är mycket låg, men följande två villkor bör uppfyllas:
1) Laservåglängden måste vara densamma som arbetsvåglängden för den interfererade avståndsmätaren.Ett interferensfilter är installerat framför avståndsmätardetektorn och bandbredden är mycket smal.Lasrar med andra våglängder än arbetsvåglängden kan inte nå den ljuskänsliga ytan på detektorn.Även 1,54 μm och 1,57 μm lasrarna med liknande våglängder kan inte störa varandra.
2) Laserrepetitionsfrekvensen måste vara tillräckligt hög.Avståndsmätardetektorn reagerar på att lasersignalen når sin ljuskänsliga yta endast när avståndet mäts.För att uppnå effektiv interferens bör interferenspulsen åtminstone klämma in i avståndsmätarvågporten 2 till 3 pulser.Avståndsgrinden som kan uppnås för närvarande är i storleksordningen μs, så den störande lasern måste ha en hög repetitionsfrekvens.Med ett målavstånd på 3 km som ett exempel, är tiden som krävs för att lasern ska gå fram och tillbaka en gång 20 μs.Om minst 2 pulser matas in måste laserrepetitionsfrekvensen nå 50 kHz.Om minimiavståndet för laseravståndsmätaren är 300 m, kan störsändarens repetitionsfrekvens inte vara lägre än 500 kHz.Endast halvledarlasrar och fiberlasrar kan uppnå en så hög repetitionsfrekvens.
1.2 Undertryckande störningar och skador på kortvågiga infraröda kameror
Som kärnkomponenten i det kortvågiga infraröda avbildningssystemet har den kortvågiga infraröda kameran ett begränsat dynamiskt omfång för den optiska svarseffekten för sin InGaAs-brännplansdetektor.Om den infallande optiska effekten överskrider den övre gränsen för det dynamiska intervallet kommer mättnad att inträffa och detektorn kan inte utföra normal avbildning.Högre effekt Lasern kommer att orsaka permanent skada på detektorn.
Halvledarlasrar med kontinuerlig och låg toppeffekt och fiberlasrar med hög repetitionsfrekvens är lämpliga för kontinuerlig undertryckande av störningar från kortvågiga infraröda kameror.Bestråla kontinuerligt den kortvågiga infraröda kameran med en laser.På grund av den optiska linsens kondenserande effekt med stor förstoring, är området som nås av den laserdiffuserade fläcken på InGaAs fokalplan kraftigt mättat och kan därför inte avbildas normalt.Först efter att laserbestrålningen har stoppats under en tid kan bildprestandan gradvis återgå till det normala.
Enligt resultaten från många års forskning och utveckling av laseraktiva motåtgärdsprodukter i de synliga och nära-infraröda banden och multipla fältskadeeffektivitetstester, kan endast kortpulsade lasrar med en toppeffekt på megawatt och över orsaka oåterkalleliga skador på TV:n kameror på kilometers avstånd.skada.Huruvida skadeeffekten kan uppnås, är laserns toppeffekt nyckeln.Så länge som toppeffekten är högre än detektorns skadetröskel kan en enda puls skada detektorn.Ur perspektivet av laserdesignsvårigheter, värmeavledning och strömförbrukning behöver laserns repetitionsfrekvens inte nödvändigtvis nå kamerans bildhastighet eller ännu högre, och 10 Hz till 20 Hz kan uppfylla faktiska stridsapplikationer.Naturligtvis är kortvågs infraröda kameror inget undantag.
InGaAs fokalplansdetektorer inkluderar elektronbombardement CCD:er baserade på InGaAs/InP elektronmigreringsfotokatoder och CMOS som utvecklades senare.Deras mättnads- och skadetrösklar är i samma storleksordning som Si-baserade CCD/CMOS, men InGaAs/InP-baserade detektorer har ännu inte erhållits.Mättnads- och skadetröskeldata för CCD/COMS.
Enligt den aktuella statusen för kortvågiga infraröda lasrar hemma och utomlands, är 1,57 μm repetitiv frekvens halvledarlaser baserad på OPO fortfarande det bästa valet för laserskador på CCD/COMS.Dess höga atmosfäriska penetrationsprestanda och korta pulslaser med hög toppeffekt. Ljuspunktstäckningen och effektiva egenskaperna för en enda puls är uppenbara för den mjuka dödande kraften hos det optoelektroniska systemet för långa avstånd utrustade med kortvågiga infraröda kameror.
2. Slutsats
Kortvågiga infraröda lasrar med våglängder mellan 1,1 μm och 1,7 μm har hög atmosfärisk transmittans och stark förmåga att penetrera dis, regn, snö, rök, sand och damm.Den är osynlig för traditionell mörkerseendeutrustning med svagt ljus.Lasern i 1,4 μm till 1,6 μm bandet är säker för det mänskliga ögat och har utmärkande egenskaper som en mogen detektor med en toppsvarsvåglängd i detta intervall, och har blivit en viktig utvecklingsriktning för militära laserapplikationer.
Detta dokument analyserar de tekniska egenskaperna och status quo för fyra typiska kortvågiga infraröda lasrar, inklusive fosforhalvledarlasrar, Er-dopade fiberlasrar, Er-dopade halvledarlasrar och OPO-baserade halvledarlasrar, och sammanfattar användningen av dessa kortvågiga infraröda lasrar i fotoelektrisk aktiv spaning.Typiska tillämpningar inom antispaning.
1) Kontinuerlig och låg toppeffekt högupprepningsfrekvens fosforhalvledarlasrar och Er-dopade fiberlasrar används huvudsakligen för extrabelysning för smygövervakning på långa avstånd och siktar på natten och undertrycker störningar av fiendens kortvågiga infraröda kameror.Högupprepande kortpulsade fosforhalvledarlasrar och Er-dopade fiberlasrar är också idealiska ljuskällor för flerpulssystems ögonsäkerhetsavstånd, laserskanning av bildradar och ögonsäkerhetslaseravståndsmätare avståndsbedrägeriinterferens.
2) OPO-baserade halvledarlasrar med låg repetitionshastighet men med en toppeffekt på megawatt eller till och med tio megawatt kan användas i stor utsträckning vid blixtavbildningsradar, långdistansobservation med lasergating på natten, kortvågig infraröd laserskada och traditionellt läge fjärrkontroll mänskliga ögon Säkerhetslaseravstånd.
3) Er-glaslasern i miniatyr är en av de snabbast växande riktningarna för kortvågiga infraröda lasrar de senaste åren.De nuvarande effekt- och upprepningsfrekvensnivåerna kan användas i miniatyravståndsmätare för ögonsäkerhetslaser.Med tiden, när toppeffekten når megawattnivån, kan den användas för blixtavbildningsradar, lasergatingobservation och laserskador på kortvågiga infraröda kameror.
4) Den diodpumpade Er:YAG-lasern som döljer laservarningsanordningen är den vanliga utvecklingsriktningen för högeffekts kortvågiga infraröda lasrar.Den har stor applikationspotential i blixtlidar, långdistansobservation med lasergating på natten och laserskada.
På senare år, eftersom vapensystem har allt högre krav på integration av optoelektroniska system, har den lilla och lätta laserutrustningen blivit en oundviklig trend i utvecklingen av laserutrustning.Halvledarlasrar, fiberlasrar och miniatyrlasrar med liten storlek, låg vikt och låg strömförbrukning Er-glaslasrar har blivit huvudriktningen för utvecklingen av kortvågiga infraröda lasrar.Speciellt har fiberlasrar med god strålkvalitet stor användningspotential i nattlig extraljus, smygövervakning och siktning, skanning av bildåtergivning av lidar och laserundertryckande interferens.Effekten/energin hos dessa tre typer av små och lätta lasrar är dock generellt låg och kan endast användas för vissa kortdistansspaningstillämpningar och kan inte tillgodose behoven för långdistansspaning och motspaning.Därför är fokus för utvecklingen att öka laserkraften/energin.
OPO-baserade solid-state lasrar har god strålkvalitet och hög toppeffekt, och deras fördelar vid gated observation på långa avstånd, blixtavbildningsradar och laserskador är fortfarande mycket uppenbara, och laseruteffekten och laserrepetitionsfrekvensen bör ökas ytterligare. .För diodpumpade Er:YAG-lasrar, om pulsenergin ökas medan pulsbredden komprimeras ytterligare, kommer det att bli det bästa alternativet till OPO-solid-state-lasrar.Det har fördelar vid gated observation på långa avstånd, blixtavbildningsradar och laserskador.Stor applikationspotential.
Mer produktinformation, du kan besöka vår hemsida:
https://www.erbiumtechnology.com/
E-post:devin@erbiumtechnology.com
WhatsApp: +86-18113047438
Fax: +86-2887897578
Lägg till: No.23, Chaoyang road, Xihe street, Longquanyi distrcit, Chengdu, 610107, Kina.
Uppdateringstid: Mar-02-2022
