Ifølge de forskellige generationsmekanismer for kortbølgede infrarøde lasere er der tre typer af kortbølgede infrarøde lasere, nemlig halvlederlasere, fiberlasere og faststoflasere.Blandt dem kan solid-state lasere opdeles i solid state lasere baseret på optisk ikke-lineær bølgelængdekonvertering og solid state lasere, der direkte genererer kortbølgede infrarøde lasere fra laserarbejdsmaterialer.
Halvlederlasere bruger halvledermaterialer som laserbearbejdningsmaterialer, og outputlaserbølgelængden bestemmes af halvledermaterialernes båndgab.Med udviklingen af materialevidenskab kan energibånd af halvledermaterialer skræddersyes til et bredere udvalg af laserbølgelængder gennem energibåndteknik.Derfor kan flere kortbølgede infrarøde laserbølgelængder opnås med halvlederlasere.
Det typiske laserarbejdsmateriale til kortbølget infrarød halvlederlaser er fosformateriale.For eksempel har en indiumphosphid-halvlederlaser med en blændestørrelse på 95 μm output-laserbølgelængder på 1,55 μm og 1,625 μm, og effekten har nået 1,5 W.
Fiberlaser bruger sjældne jordarters dopet glasfiber som lasermediet og halvlederlaser som pumpekilde.Den har fremragende egenskaber såsom lav tærskel, høj konverteringseffektivitet, god udgangsstrålekvalitet, enkel struktur og høj pålidelighed.Den kan også drage fordel af det brede spektrum af sjældne jordarters ionstråling til at danne en afstembar fiberlaser ved at tilføje selektive optiske elementer såsom gitre i laserresonatoren.Fiberlasere er blevet en vigtig retning i udviklingen af laserteknologi.
1. Solid state laser
De solid-state laserforstærkningsmedier, der direkte kan generere kortbølgede infrarøde lasere, er hovedsageligt Er: YAG-krystaller og keramik og Er-doteret glas.Solid-state laseren baseret på Er:YAG krystal og keramik kan direkte udsende 1,645μm kortbølge infrarød laser, som er et hot spot i forskningen af kortbølge infrarød laser i de senere år [3-5].På nuværende tidspunkt har pulsenergien for Er: YAG-lasere, der anvender elektro-optisk eller akusto-optisk Q-switching, nået nogle få til titusinder af mJ, en pulsbredde på titusinder af ns og en gentagelsesfrekvens på titusinder til tusinder af Hz.Hvis en 1.532 μm halvlederlaser bruges som pumpekilde, vil den have store fordele inden for laseraktiv rekognoscering og lasermodforanstaltninger, især dens stealth-effekt på typiske laseradvarselsanordninger.
Er glaslaser har kompakt struktur, lav pris, let vægt og kan realisere Q-switched drift.Det er den foretrukne lyskilde til aktiv detektion af kortbølget infrarød laser.Men på grund af de fire mangler ved Er-glasmaterialer: For det første er den centrale bølgelængde af absorptionsspektret 940 nm eller 976 nm, hvilket gør lampepumpning vanskelig at opnå;For det andet er fremstillingen af Er-glasmaterialer vanskelig, og det er ikke let at lave store størrelser;For det tredje, Er glas Materialet har dårlige termiske egenskaber, og det er ikke let at opnå gentagne frekvensdrift i lang tid, endsige kontinuerlig drift;for det fjerde er der ikke noget passende Q-switching-materiale.Selvom forskningen i kortbølget infrarød laser baseret på Er-glas altid har tiltrukket folks opmærksomhed, er der af ovenstående fire grunde ikke kommet noget produkt ud.Indtil 1990, med fremkomsten af halvlederlaserstænger med bølgelængder på 940 nm og 980 nm, og fremkomsten af mættede absorptionsmaterialer såsom Co2+:MgAl2O4 (cobolt-doteret magnesiumaluminat), de to store flaskehalse ved pumpekilde og Q-switching. var i stykker.Forskningen i glaslasere har udviklet sig hurtigt.Især i de seneste år vejer mit lands miniature Er-glaslasermodul, som integrerer halvlederpumpekilde, Er-glas og resonanshulrum, ikke mere end 10 g og har en lille batch-produktionskapacitet på 50 kW spidseffektmoduler.Men på grund af den dårlige termiske ydeevne af Er-glasmateriale er gentagelsesfrekvensen af lasermodulet stadig relativt lav.Laserfrekvensen for 50 kW-modulet er kun 5 Hz, og den maksimale laserfrekvens for 20 kW-modulet er 10 Hz, som kun kan bruges i lavfrekvente applikationer.
1.064 μm laseroutput fra Nd:YAG pulserende laser har en spidseffekt på op til megawatt.Når et så stærkt sammenhængende lys passerer gennem nogle specielle materialer, bliver dets fotoner uelastisk spredt på materialets molekyler, det vil sige, at fotonerne absorberes og produceres relativt lavfrekvente fotoner.Der er to typer stoffer, der kan opnå denne frekvensomdannelseseffekt: den ene er ikke-lineære krystaller, såsom KTP, LiNbO3 osv.;den anden er højtryksgas såsom H2.Placer dem i det optiske resonanshulrum for at danne en optisk parametrisk oscillator (OPO).
OPO baseret på højtryksgas refererer normalt til en stimuleret Raman-spredningslys parametrisk oscillator.Pumpelyset absorberes delvist og genererer en lavfrekvent lysbølge.Den modne Raman-laser bruger en 1,064 μm laser til at pumpe højtryksgas H2 for at opnå en 1,54 μm kortbølget infrarød laser.
BILLEDE 1
Den typiske anvendelse af kortbølget infrarødt GV-system er langdistancebilleddannelse om natten.Laserilluminatoren skal være en kortpulset kortbølget infrarød laser med høj spidseffekt, og dens gentagelsesfrekvens skal være i overensstemmelse med rammefrekvensen for det strobede kamera.Ifølge den aktuelle status for kortbølgede infrarøde lasere i ind- og udland er diodepumpede Er: YAG-lasere og OPO-baserede 1,57 μm solid-state lasere de bedste valg.Gentagelsesfrekvensen og spidseffekten af miniature Er-glaslaseren skal stadig forbedres.3.Anvendelse af kortbølget infrarød laser i fotoelektrisk anti-rekognoscering
Essensen af kortbølge infrarød laser anti-rekognoscering er at bestråle fjendens optoelektroniske rekognosceringsudstyr, der arbejder i det kortbølgede infrarøde bånd med kortbølgede infrarøde laserstråler, så det kan opnå forkert målinformation eller ikke kan fungere normalt, eller endda detektoren er beskadiget.Der er to typiske kortbølgede infrarøde laser-anti-rekognosceringsmetoder, nemlig afstandsbedragsinterferens til den menneskelige øje-sikre laserafstandsmåler og undertrykkelsesskaden på det kortbølgede infrarøde kamera.
1.1 Afstandsbedragerinterferens til sikkerhedslaserafstandsmåler for menneskers øjne
Den pulserede laserafstandsmåler konverterer afstanden mellem målet og målet med tidsintervallet for laserimpulsen, der går frem og tilbage mellem affyringspunktet og målet.Hvis afstandsmålerdetektoren modtager andre laserimpulser, før målets reflekterede ekkosignal når affyringspunktet, stopper den med timingen, og den konverterede afstand er ikke den faktiske afstand til målet, men mindre end den faktiske afstand til målet.Falsk afstand, som opnår formålet med at bedrage afstandsmålerens afstand.Til øjensikre laserafstandsmålere kan kortbølgede infrarøde pulslasere med samme bølgelængde bruges til at implementere afstandsbedragsinterferens.
Laseren, der implementerer afstandsbedragsinterferensen fra afstandsmåleren, simulerer den diffuse refleksion af målet til laseren, så laserspidseffekten er meget lav, men følgende to betingelser skal være opfyldt:
1) Laserbølgelængden skal være den samme som arbejdsbølgelængden for den interfererede afstandsmåler.Et interferensfilter er installeret foran afstandsmålerdetektoren, og båndbredden er meget smal.Lasere med andre bølgelængder end arbejdsbølgelængden kan ikke nå den lysfølsomme overflade af detektoren.Selv 1,54 μm og 1,57 μm lasere med lignende bølgelængder kan ikke interferere med hinanden.
2) Lasergentagelsesfrekvensen skal være høj nok.Afstandsmålerdetektoren reagerer kun på, at lasersignalet når sin lysfølsomme overflade, når rækkevidden måles.For at opnå effektiv interferens skal interferensimpulsen som minimum presses ind i afstandsmålerens bølgeport 2 til 3 impulser.Den range gate, der kan opnås på nuværende tidspunkt, er i størrelsesordenen μs, så den interfererende laser skal have en høj gentagelsesfrekvens.Tager man en målafstand på 3 km som et eksempel, er den tid, det tager for laseren at gå frem og tilbage én gang, 20 μs.Hvis der indtastes mindst 2 impulser, skal lasergentagelsesfrekvensen nå 50 kHz.Hvis laserafstandsmålerens mindste rækkevidde er 300 m, kan jammerens gentagelsesfrekvens ikke være lavere end 500 kHz.Kun halvlederlasere og fiberlasere kan opnå så høj en gentagelseshastighed.
1.2 Undertrykkende interferens og beskadigelse af kortbølgede infrarøde kameraer
Som kernekomponenten i det kortbølgede infrarøde billeddannelsessystem har det kortbølgede infrarøde kamera et begrænset dynamisk område af optisk responsstyrke fra dets InGaAs brændplandetektor.Hvis den indfaldende optiske effekt overstiger den øvre grænse for det dynamiske område, vil der forekomme mætning, og detektoren kan ikke udføre normal billeddannelse.Højere effekt Laseren vil forårsage permanent skade på detektoren.
Kontinuerlige og lav spidseffekt halvlederlasere og fiberlasere med høj gentagelsesfrekvens er velegnede til kontinuerlig undertrykkelse af interferens af kortbølgede infrarøde kameraer.Bestråle kontinuerligt det kortbølgede infrarøde kamera med en laser.På grund af den optiske linses kondenserende effekt med stor forstørrelse er det område, der nås af den laserdiffuserede plet på InGaAs-brændplanet, stærkt mættet og kan derfor ikke afbildes normalt.Først efter at laserbestrålingen er stoppet i en periode, kan billeddannelsen gradvist vende tilbage til normal.
Ifølge resultaterne af mange års forskning og udvikling af laseraktive modforanstaltningsprodukter i de synlige og nær-infrarøde bånd og multiple feltskadeeffektivitetstests, kan kun kortpulslasere med en maksimal effekt på megawatt og derover forårsage irreversibel skade på TV kameraer i en afstand af kilometer væk.skade.Om skadevirkningen kan opnås, er laserens maksimale effekt nøglen.Så længe spidseffekten er højere end detektorskadetærsklen, kan en enkelt puls beskadige detektoren.Fra perspektivet af laserdesignvanskeligheder, varmeafledning og strømforbrug behøver laserens gentagelsesfrekvens ikke nødvendigvis at nå kameraets billedhastighed eller endnu højere, og 10 Hz til 20 Hz kan opfylde faktiske kampapplikationer.Naturligvis er kortbølgede infrarøde kameraer ingen undtagelse.
InGaAs fokalplandetektorer inkluderer elektronbombardement CCD'er baseret på InGaAs/InP elektronmigreringsfotokatoder og CMOS senere udviklet.Deres mætning og skadestærskler er i samme størrelsesorden som Si-baserede CCD/CMOS, men InGaAs/InP-baserede detektorer er endnu ikke blevet opnået.Mætnings- og skadetærskeldata for CCD/COMS.
Ifølge den aktuelle status for kortbølgede infrarøde lasere i ind- og udland er 1,57 μm faststoflaseren med gentagne frekvenser baseret på OPO stadig det bedste valg til laserskader på CCD/COMS.Dens høje atmosfæriske gennemtrængningsydelse og høje spidseffekt kort puls laser Lyspunktets dækning og enkelt puls effektive egenskaber er indlysende for den bløde dræbende kraft af det langdistance optoelektroniske system udstyret med kortbølgede infrarøde kameraer.
2. Konklusion
Kortbølgede infrarøde lasere med bølgelængder mellem 1,1 μm og 1,7 μm har høj atmosfærisk transmittans og stærk evne til at trænge igennem dis, regn, sne, røg, sand og støv.Det er usynligt for traditionelt nattesynsudstyr med svagt lys.Laseren i båndet 1,4 μm til 1,6 μm er sikker for det menneskelige øje og har karakteristiske træk, såsom en moden detektor med en maksimal responsbølgelængde i dette område, og er blevet en vigtig udviklingsretning for militære laserapplikationer.
Dette papir analyserer de tekniske karakteristika og status quo for fire typiske kortbølge-infrarøde lasere, herunder fosforhalvlederlasere, Er-doterede fiberlasere, Er-dopede solid-state lasere og OPO-baserede solid state lasere, og opsummerer brugen af disse kortbølgede infrarøde lasere i fotoelektrisk aktiv rekognoscering.Typiske anvendelser i anti-rekognoscering.
1) Kontinuerlig og lav spidseffekt høj-gentagelsesfrekvens fosforhalvlederlasere og Er-doterede fiberlasere bruges hovedsageligt til hjælpebelysning til langdistance stealth-overvågning og sigte om natten og undertrykke interferens til fjendens kortbølgede infrarøde kameraer.High-repetition short-pulse phosphor halvlederlasere og Er-dopede fiberlasere er også ideelle lyskilder til multi-puls system øjensikkerhedsafstand, laserscanning billedbehandlingsradar og øjensikkerhed laser afstandsmåler afstandsbedragerinterferens.
2) OPO-baserede solid-state lasere med en lav gentagelseshastighed, men med en spidseffekt på megawatt eller endda ti megawatt, kan i vid udstrækning anvendes i flashbilleddannelsesradar, langdistance laser gating observation om natten, kortbølget infrarød laserskade og traditionel fjernbetjening menneskelige øjne Sikkerhedslaserafstand.
3) Miniaturen Er-glaslaser er en af de hurtigst voksende retninger for kortbølgede infrarøde lasere i de seneste år.De aktuelle effekt- og gentagelsesfrekvensniveauer kan bruges i miniature-øjesikkerhedslaserafstandsmålere.Med tiden, når spidseffekten når megawatt-niveauet, kan den bruges til flashbilleddannelsesradar, laser gating-observation og laserskader på kortbølgede infrarøde kameraer.
4) Den diodepumpede Er:YAG-laser, der skjuler laseradvarselsenheden, er den almindelige udviklingsretning for højeffekts kortbølge-infrarøde lasere.Det har et stort anvendelsespotentiale i flash lidar, langdistance laser gating observation om natten og laserskader.
I de senere år, da våbensystemer har højere og højere krav til integration af optoelektroniske systemer, er det lille og lette laserudstyr blevet en uundgåelig trend i udviklingen af laserudstyr.Halvlederlasere, fiberlasere og miniaturelasere med lille størrelse, lav vægt og lavt strømforbrug Er glaslasere er blevet hovedretningen for udviklingen af kortbølgede infrarøde lasere.Især fiberlasere med god strålekvalitet har et stort anvendelsespotentiale inden for nattehjælpelys, stealth-overvågning og sigtning, scanning af billedbehandlingslidar og laserundertrykkelsesinterferens.Imidlertid er kraften/energien af disse tre typer af små og lette lasere generelt lav og kan kun bruges til nogle kortrækkende rekognosceringsapplikationer og kan ikke opfylde behovene for langdistancerekognoscering og modrekognoscering.Derfor er fokus for udvikling at øge laserkraften/energien.
OPO-baserede solid-state lasere har god strålekvalitet og høj spidseffekt, og deres fordele ved gated observation på lang afstand, flashbilleddannelsesradar og laserskader er stadig meget tydelige, og laserudgangsenergien og lasergentagelsesfrekvensen bør øges yderligere. .For diodepumpede Er:YAG-lasere, hvis pulsenergien øges, mens pulsbredden komprimeres yderligere, vil det blive det bedste alternativ til OPO solid-state lasere.Det har fordele ved gated observation over lang afstand, flashbilleddannelsesradar og laserskader.Stort anvendelsespotentiale.
Mere produktinformation, du kan komme til at besøge vores hjemmeside:
https://www.erbiumtechnology.com/
E-mail:devin@erbiumtechnology.com
WhatsApp: +86-18113047438
Fax: +86-2887897578
Tilføj: No.23, Chaoyang road, Xihe street, Longquanyi distrcit, Chengdu, 610107, Kina.
Opdateringstid: Mar-02-2022
