Lumispot Technology Co., Ltd. heeft na jarenlang onderzoek en ontwikkeling met succes een compacte en lichtgewicht gepulseerde laser ontwikkeld met een energie van 80 mJ, een herhalingsfrequentie van 20 Hz en een voor het menselijk oog veilige golflengte van 1,57 μm. Dit resultaat werd bereikt door de conversie-efficiëntie van KTP-OPO te verhogen en de output van de pompbron-diode lasermodule te optimaliseren. Uit de testresultaten blijkt dat deze laser uitstekend presteert binnen een breed temperatuurbereik van -45 ℃ tot 65 ℃, waarmee hij een geavanceerd niveau in China bereikt.
Een gepulseerde laser-afstandsmeter is een afstandsmeetinstrument dat gebruikmaakt van een laserpuls die op het doel wordt gericht. Het instrument biedt voordelen zoals een hoge precisie, een sterke storingsbestendigheid en een compacte structuur. Het wordt veel gebruikt in technische metingen en andere toepassingen. Deze gepulseerde laser-afstandsmeetmethode wordt het meest toegepast bij het meten van lange afstanden. Bij dit type afstandsmeter is het raadzaam om een solid-state laser met een hoge energie en een kleine bundelspreidingshoek te gebruiken, die met behulp van Q-switching-technologie nanoseconde laserpulsen genereert.
De relevante trends op het gebied van pulslaser-afstandsmeters zijn als volgt:
(1) Oogveilige laser-afstandsmeter: De optische parametrische oscillator met een golflengte van 1,57 µm vervangt geleidelijk de traditionele laser-afstandsmeter met een golflengte van 1,06 µm in de meeste toepassingen voor afstandsmeting.
(2) Geminiaturiseerde laser-afstandsmeter op afstand met klein formaat en licht gewicht.
Door de verbetering van de prestaties van detectie- en beeldvormingssystemen is er behoefte aan laser-afstandmeters op afstand die in staat zijn om kleine objecten van 0,1 m² over een afstand van 20 km te meten. Daarom is onderzoek naar hoogwaardige laser-afstandmeters van cruciaal belang.
De afgelopen jaren heeft Lumispot Tech zich toegelegd op het onderzoek, ontwerp, de productie en de verkoop van een oogveilige solid-state laser met een golflengte van 1,57 µm, een kleine bundelverstrooiingshoek en hoge operationele prestaties.
Lumispot Tech heeft onlangs een oogveilige, luchtgekoelde laser met een golflengte van 1,57 µm ontworpen, die een hoog piekvermogen en een compacte structuur combineert. Deze ontwikkeling is voortgekomen uit de praktische behoefte binnen het onderzoek naar geminimaliseerde laser-afstandmeters voor lange afstanden. Na experimenten blijkt deze laser brede toepassingsmogelijkheden te hebben, uitstekende prestaties te leveren en een sterk aanpassingsvermogen te bezitten binnen een breed temperatuurbereik van -40 tot 65 graden Celsius.
Door middel van de volgende vergelijking, met een vaste waarde voor andere referentiewaarden, kan de meetafstand van de afstandsmeter worden verbeterd door het piekvermogen te verhogen en de bundelspreidingshoek te verkleinen. Hieruit blijkt dat de twee factoren – het piekvermogen en de kleine bundelspreidingshoek – cruciaal zijn voor het vermogen van een specifieke afstandsmeter om de afstand nauwkeurig te meten.
De sleutel tot het realiseren van een laser met een voor het menselijk oog veilige golflengte ligt in de optische parametrische oscillator (OPO)-techniek, inclusief de keuze van een niet-lineair kristal, de faseaanpassingsmethode en het ontwerp van de OPO-holtestructuur. De keuze van het niet-lineaire kristal hangt af van een grote niet-lineaire coëfficiënt, een hoge schadedrempel, stabiele chemische en fysische eigenschappen en de beschikbaarheid van geavanceerde groeitechnieken, enz. Faseaanpassing moet prioriteit hebben. Kies een niet-kritische faseaanpassingsmethode met een grote acceptatiehoek en een kleine vertrekhoek. De OPO-holtestructuur moet rekening houden met efficiëntie en bundelkwaliteit, met als doel betrouwbaarheid te garanderen. De veranderingscurve van de KTP-OPO-uitgangsgolflengte met de faseaanpassingshoek laat zien dat wanneer θ = 90°, het signaallicht exact de voor het menselijk oog veilige laser kan produceren. Daarom wordt het ontworpen kristal aan één zijde gesneden en wordt de hoekaanpassing θ = 90°, φ = 0° gebruikt, oftewel de faseaanpassingsmethode, waarbij de effectieve niet-lineaire coëfficiënt van het kristal het grootst is en er geen dispersie-effect optreedt.
Op basis van een grondige analyse van bovenstaande kwestie, in combinatie met het ontwikkelingsniveau van de huidige binnenlandse lasertechnologie en -apparatuur, is de optimale technische oplossing als volgt: De OPO maakt gebruik van een niet-kritisch fase-aanpassend extern caviteit dual-cavity KTP-OPO-ontwerp van klasse II; de 2 KTP-OPO's zijn verticaal in een tandemstructuur geplaatst om de conversie-efficiëntie en de betrouwbaarheid van de laser te verbeteren, zoals weergegeven in de afbeelding.Figuur 1Boven.
De pompbron is een zelfontwikkelde, geleidend gekoelde halfgeleiderlaserarray met een duty cycle van maximaal 2%, een piekvermogen van 100 W per laserstaaf en een totaal werkvermogen van 12.000 W. Het rechthoekige prisma, de vlakke volledig reflecterende spiegel en de polarisator vormen een gevouwen, polarisatiegekoppelde uitgangsresonantieholte. Het rechthoekige prisma en de golfplaat worden gedraaid om de gewenste 1064 nm laserkoppeling te verkrijgen. De Q-modulatiemethode is een actieve elektro-optische Q-modulatie onder druk, gebaseerd op een KDP-kristal.
Figuur 1Twee KTP-kristallen in serie geschakeld.
In deze vergelijking is Prec het kleinste detecteerbare arbeidsvermogen;
Pout is de piekwaarde van het arbeidsvermogen;
D is de opening van het ontvangende optische systeem;
t is de transmissiecoëfficiënt van het optische systeem;
θ is de verstrooiingshoek van de emitterende laserstraal;
r is de reflectiesnelheid van het doelwit;
A is het beoogde equivalente dwarsdoorsnedeoppervlak;
R is het grootste meetbereik;
σ is de atmosferische absorptiecoëfficiënt.
Figuur 2: De boogvormige staafarraymodule is zelf ontwikkeld.
met de YAG-kristalstaaf in het midden.
DeFiguur 2De boogvormige staafstapels, met YAG-kristalstaven als lasermedium in de module, hebben een concentratie van 1%. Om de tegenstrijdigheid tussen de laterale laserbeweging en de symmetrische verdeling van de laseroutput op te lossen, is een symmetrische LD-array met een hoek van 120 graden gebruikt. De pompbron heeft een golflengte van 1064 nm en wordt aangedreven door twee 6000W gebogen staafmodules in serie, die een halfgeleider-tandempomping uitvoeren. De outputenergie bedraagt 0-250 mJ met een pulsbreedte van ongeveer 10 ns en een hoge frequentie van 20 Hz. Er wordt gebruik gemaakt van een gevouwen caviteit en de laser met een golflengte van 1,57 μm wordt na een tandem KTP-niet-lineair kristal gegenereerd.
Grafiek 3De maattekening van een gepulseerde laser met een golflengte van 1,57 µm.
Grafiek 4:1,57 µm golflengte gepulseerde laser monsterapparatuur
Grafiek 5:1,57 μm uitgang
Grafiek 6:Het rendement van de pompbron
De laserenergiemeting werd aangepast om het uitgangsvermogen van twee verschillende golflengten te meten. Volgens de onderstaande grafiek was de energiewaarde het gemiddelde van de metingen bij een frequentie van 20 Hz gedurende een periode van 1 minuut. De energie die door de laser met een golflengte van 1,57 µm werd gegenereerd, veranderde evenredig met de energie van de pompbron met een golflengte van 1064 nm. Wanneer de energie van de pompbron 220 mJ bedroeg, kon de laser met een golflengte van 1,57 µm een uitgangsenergie van 80 mJ bereiken, met een conversiepercentage van 35%. Omdat het OPO-signaallicht wordt gegenereerd onder invloed van een bepaalde vermogensdichtheid van grondfrequentielicht, is de drempelwaarde ervan hoger dan de drempelwaarde van grondfrequentielicht met een golflengte van 1064 nm. De uitgangsenergie neemt dan ook snel toe nadat de pompenergie de OPO-drempelwaarde overschrijdt. De relatie tussen de uitgangsenergie en het rendement van de OPO en de uitgangsenergie van het licht met de grondfrequentie wordt weergegeven in de figuur. Hieruit blijkt dat het conversierendement van de OPO tot wel 35% kan bedragen.
Eindelijk is het mogelijk om een laserpuls met een golflengte van 1,57 μm, een energie van meer dan 80 mJ en een pulsbreedte van 8,5 ns te genereren. De divergentiehoek van de uitgaande laserstraal door de laserbundelvergroter bedraagt 0,3 mrad. Simulaties en analyses tonen aan dat een pulslaser-afstandsmeter met deze laser een bereik van meer dan 30 km kan halen.
| Golflengte | 1570±5nm |
| Herhalingsfrequentie | 20Hz |
| Verstrooiingshoek van de laserstraal (straalverbreding) | 0,3-0,6 mrad |
| Pulsbreedte | 8,5 ns |
| Pulsenergie | 80 mJ |
| Aaneengesloten werkuren | 5 min |
| Gewicht | ≤1,2 kg |
| Bedrijfstemperatuur | -40℃~65℃ |
| Bewaartemperatuur | -50℃~65℃ |
Naast het verbeteren van de eigen investeringen in technologisch onderzoek en ontwikkeling, het versterken van het R&D-team en het perfectioneren van het innovatiesysteem voor technologieonderzoek en -ontwikkeling, werkt Lumispot Tech ook actief samen met externe onderzoeksinstellingen in het kader van een samenwerking tussen industrie, universiteit en onderzoek. Het bedrijf heeft een goede samenwerkingsrelatie opgebouwd met bekende experts uit de branche in China. De kerntechnologie en de belangrijkste componenten zijn volledig in eigen beheer ontwikkeld en geproduceerd, en alle apparaten zijn lokaal geproduceerd. Bright Source Laser blijft het tempo van technologische ontwikkeling en innovatie versnellen en zal doorgaan met het introduceren van goedkopere en betrouwbaardere laser-afstandsmetermodules die de veiligheid van het menselijk oog garanderen, om zo aan de marktvraag te voldoen.
Geplaatst op: 21 juni 2023