In optischen Systemen wie Laserentfernungsmessung, LiDAR und Zielerkennung werden Er:Glas-Lasersender aufgrund ihrer Augensicherheit und hohen Zuverlässigkeit sowohl in militärischen als auch in zivilen Anwendungen weit verbreitet eingesetzt. Neben der Pulsenergie ist die Wiederholrate (Frequenz) ein entscheidender Parameter zur Leistungsbewertung. Sie beeinflusst die Laserleistung.'Die Reaktionsgeschwindigkeit, die Datenerfassungsdichte und die Wärmeableitung sowie die Stromversorgungsauslegung und die Systemstabilität spielen dabei eine wichtige Rolle.
1. Welche Frequenz hat ein Laser?
Die Laserfrequenz bezeichnet die Anzahl der pro Zeiteinheit ausgesendeten Pulse und wird typischerweise in Hertz (Hz) oder Kilohertz (kHz) gemessen. Sie wird auch als Wiederholrate bezeichnet und ist ein wichtiger Leistungsindikator für gepulste Laser.
Beispiel: 1 Hz = 1 Laserpuls pro Sekunde, 10 kHz = 10.000 Laserpulse pro Sekunde. Die meisten Erbium-Glas-Laser arbeiten im Pulsbetrieb, und ihre Frequenz ist eng mit der Ausgangswellenform, der Systemabtastung und der Verarbeitung des Ziel-Echos verknüpft.
2. Üblicher Frequenzbereich von Er:Glas-Lasern
Abhängig vom Laser'Entsprechend den Anforderungen an Konstruktion und Anwendung können Er:Glas-Lasersender vom Einzelpulsbetrieb (bis hinunter zu 1 Hz) bis zu mehreren zehn Kilohertz (kHz) arbeiten. Höhere Frequenzen ermöglichen schnelles Scannen, kontinuierliches Tracking und eine hohe Datendichte, stellen aber auch höhere Anforderungen an Stromverbrauch, Wärmemanagement und Laserlebensdauer.
3. Schlüsselfaktoren, die die Wiederholungsrate beeinflussen
①Pumpenquellen- und Stromversorgungsdesign
Laserdioden-Pumpquellen müssen Hochgeschwindigkeitsmodulation unterstützen und eine stabile Leistung liefern. Leistungsmodule sollten schnell reagieren und effizient sein, um häufige Ein-/Ausschaltzyklen zu bewältigen.
②Wärmemanagement
Je höher die Frequenz, desto mehr Wärme wird pro Zeiteinheit erzeugt. Effiziente Kühlkörper, TEC-Temperaturregelung oder Mikrokanal-Kühlstrukturen tragen dazu bei, eine stabile Leistung zu gewährleisten und die Lebensdauer des Geräts zu verlängern.
③Q-Switching-Verfahren
Passive Q-Schaltung (z. B. mit Cr:YAG-Kristallen) eignet sich im Allgemeinen für Niederfrequenzlaser, während aktive Q-Schaltung (z. B. mit akustooptischen oder elektrooptischen Modulatoren wie Pockels-Zellen) einen Betrieb mit höheren Frequenzen und programmierbarer Steuerung ermöglicht.
④Moduldesign
Kompakte, energieeffiziente Laserkopfkonstruktionen gewährleisten, dass die Pulsenergie auch bei hohen Frequenzen erhalten bleibt.
4. Empfehlungen zur Abstimmung von Häufigkeit und Anwendung
Unterschiedliche Anwendungsszenarien erfordern unterschiedliche Betriebsfrequenzen. Die Wahl der richtigen Wiederholrate ist entscheidend für eine optimale Leistung. Nachfolgend finden Sie einige gängige Anwendungsfälle und Empfehlungen:
①Niederfrequenz-Hochenergie-Modus (1–20 Hz)
Ideal für Laserentfernungsmessung und Zielmarkierung über große Entfernungen, wo Durchdringung und Energiestabilität entscheidend sind.
②Mittelfrequenz-, Mittelenergiemodus (50–500 Hz)
Geeignet für industrielle Entfernungsmessung, Navigation und Systeme mit mittleren Frequenzanforderungen.
③Hochfrequenz-Niedrigenergie-Modus (>1 kHz)
Am besten geeignet für LiDAR-Systeme mit Array-Scanning, Punktwolkengenerierung und 3D-Modellierung.
5. Technologische Trends
Mit fortschreitender Laserintegration entwickelt sich die nächste Generation von Er:Glas-Lasersendern in folgende Richtungen:
①Höhere Wiederholungsraten mit stabiler Leistung kombinieren
②Intelligentes Fahren und dynamische Frequenzsteuerung
③Leichtes und energiesparendes Design
④Architekturen mit dualer Steuerung sowohl für Frequenz als auch für Energie ermöglichen flexibles Umschalten der Betriebsmodi (z. B. Scannen/Fokussieren/Verfolgen).
6. Schlussfolgerung
Die Betriebsfrequenz ist ein zentraler Parameter bei der Entwicklung und Auswahl von Er:Glas-Lasersendern. Sie bestimmt nicht nur die Effizienz der Datenerfassung und des System-Feedbacks, sondern beeinflusst auch direkt das Wärmemanagement und die Lebensdauer des Lasers. Für Entwickler ist es daher wichtig, das richtige Verhältnis zwischen Frequenz und Energie zu verstehen.—und Auswahl von Parametern, die für die jeweilige Anwendung geeignet sind.—ist der Schlüssel zur Optimierung der Systemleistung.
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Veröffentlichungsdatum: 05.08.2025