Lumispot Technology Co., Ltd. hat nach jahrelanger Forschung und Entwicklung einen kleinen und leichten Pulslaser mit einer Energie von 80 mJ, einer Wiederholfrequenz von 20 Hz und einer augensicheren Wellenlänge von 1,57 μm entwickelt. Dieses Ergebnis wurde durch die Steigerung der Konversionseffizienz des KTP-OPO und die Optimierung der Leistung des Diodenlasermoduls der Pumpquelle erzielt. Tests belegen, dass der Laser die Anforderungen an einen breiten Betriebstemperaturbereich von -45 °C bis 65 °C mit hervorragender Leistung erfüllt und damit in China zu den fortschrittlichsten Lasern zählt.
Der gepulste Laser-Entfernungsmesser ist ein Distanzmessgerät, das die Vorteile eines auf das Ziel gerichteten Laserpulses nutzt und sich durch hohe Messgenauigkeit, starke Störfestigkeit und kompakte Bauweise auszeichnet. Er findet breite Anwendung in der Ingenieurmesstechnik und anderen Bereichen. Die gepulste Laser-Entfernungsmessung wird vor allem für Messungen über große Entfernungen eingesetzt. Für diese Anwendungen empfiehlt sich ein Festkörperlaser mit hoher Energie und kleinem Streuwinkel, der mittels Q-Switching-Technologie Nanosekunden-Laserpulse erzeugt.
Die relevanten Trends bei gepulsten Laserentfernungsmessern sind wie folgt:
(1) Augensicherer Laser-Entfernungsmesser für den Menschen: Der optische parametrische Oszillator mit einer Wellenlänge von 1,57 µm ersetzt nach und nach den traditionellen Laser-Entfernungsmesser mit einer Wellenlänge von 1,06 µm in den meisten Bereichen der Entfernungsmessung.
(2) Miniaturisierter Laser-Entfernungsmesser mit geringer Größe und geringem Gewicht.
Mit der Verbesserung der Leistungsfähigkeit von Detektions- und Bildgebungssystemen werden ferngesteuerte Laserentfernungsmesser benötigt, die kleine Ziele von 0,1 m² über eine Entfernung von 20 km messen können. Daher ist die Erforschung leistungsstarker Laserentfernungsmesser dringend erforderlich.
In den letzten Jahren hat Lumispot Tech die Forschung, Entwicklung, Produktion und den Vertrieb des augensicheren Festkörperlasers mit einer Wellenlänge von 1,57µm, kleinem Strahlstreuwinkel und hoher Betriebsleistung vorangetrieben.
Kürzlich entwickelte Lumispot Tech einen augensicheren, luftgekühlten Laser mit einer Wellenlänge von 1,57 µm, hoher Spitzenleistung und kompakter Bauweise. Dieser Laser entstand aus dem praktischen Bedarf im Rahmen der Forschung zur Miniaturisierung von Laser-Entfernungsmessern für große Entfernungen. Nach den Experimenten zeigte dieser Laser ein breites Anwendungsspektrum, hervorragende Leistung und eine hohe Umweltverträglichkeit im weiten Betriebstemperaturbereich von -40 bis 65 Grad Celsius.
Mithilfe der folgenden Gleichung lässt sich bei gleichbleibender Referenzgröße durch Erhöhung der Spitzenausgangsleistung und Verringerung des Streuwinkels die Messreichweite des Entfernungsmessers verbessern. Demnach sind die beiden Faktoren – Spitzenausgangsleistung und kleiner Streuwinkel – bei einem kompakten, luftgekühlten Laser die entscheidenden Faktoren für die Reichweitenmessung eines Entfernungsmessers.
Der Schlüssel zur Realisierung eines Lasers mit augensicherer Wellenlänge liegt in der Technik des optischen parametrischen Oszillators (OPO). Dazu gehören die Wahl des nichtlinearen Kristalls, das Phasenanpassungsverfahren und die Gestaltung der OPO-Innenstruktur. Die Auswahl des nichtlinearen Kristalls hängt von einem hohen nichtlinearen Koeffizienten, einer hohen Schadensresistenzschwelle, stabilen chemischen und physikalischen Eigenschaften sowie ausgereiften Züchtungstechniken ab. Die Phasenanpassung hat dabei Priorität. Es sollte ein unkritisches Phasenanpassungsverfahren mit großem Akzeptanzwinkel und kleinem Abweichungswinkel gewählt werden. Die OPO-Resonatorstruktur muss Effizienz und Strahlqualität berücksichtigen, um Zuverlässigkeit zu gewährleisten. Die Änderungskurve der KTP-OPO-Ausgangswellenlänge in Abhängigkeit vom Phasenanpassungswinkel zeigt, dass bei θ = 90° das Signallicht exakt die augensichere Laserwellenlänge erzeugt. Daher wird der entworfene Kristall einseitig geschnitten, und die Winkelanpassung erfolgt bei θ = 90° und φ = 0°, d. h. es wird ein Phasenanpassungsverfahren angewendet, bei dem der effektive nichtlineare Koeffizient des Kristalls maximal ist und keine Dispersion auftritt.
Unter Berücksichtigung der oben genannten Problematik und des aktuellen Entwicklungsstands der inländischen Lasertechnik und -ausrüstung ergibt sich folgende Optimierungslösung: Der OPO verwendet ein nichtkritisches Phasenanpassungsdesign der Klasse II mit externem Resonator und Doppelresonator (KTP-OPO). Die beiden KTP-OPOs sind vertikal in Tandemanordnung angeordnet, um die Konversionseffizienz und die Zuverlässigkeit des Lasers zu verbessern (siehe Abbildung).Abbildung 1Über.
Die Pumpquelle ist ein selbstentwickeltes, leitungsgekühltes Halbleiterlaser-Array mit einem Tastverhältnis von maximal 2 %, einer Spitzenleistung von 100 W pro Laserbarren und einer Gesamtleistung von 12.000 W. Ein rechtwinkliges Prisma, ein planarer, vollreflektierender Spiegel und ein Polarisator bilden einen gefalteten, polarisationsgekoppelten Ausgangsresonator. Durch Drehung des rechtwinkligen Prismas und der Wellenplatte wird die gewünschte Laserauskopplung bei 1064 nm erzielt. Die Q-Modulation erfolgt mittels einer druckbeaufschlagten, aktiven elektrooptischen Q-Modulation auf Basis eines KDP-Kristalls.
Abbildung 1Zwei in Reihe geschaltete KTP-Kristalle
In dieser Gleichung ist Prec die kleinste messbare Arbeitsleistung;
Pout ist der Spitzenwert der Arbeitsleistung;
D ist die Apertur des optischen Empfangssystems;
t ist die Lichtdurchlässigkeit des optischen Systems;
θ ist der Streuwinkel des emittierten Laserstrahls;
r ist die Reflexionsrate des Zielobjekts;
A ist die angestrebte äquivalente Querschnittsfläche;
R ist der größte Messbereich;
σ ist der atmosphärische Absorptionskoeffizient.
Abbildung 2: Das bogenförmige Balkenarray-Modul durch Eigenentwicklung ,
mit dem YAG-Kristallstab in der Mitte.
DerAbbildung 2Die bogenförmigen Balkenstapel enthalten YAG-Kristallstäbe als Lasermedium im Inneren des Moduls mit einer Konzentration von 1 %. Um den Widerspruch zwischen der lateralen Laserbewegung und der symmetrischen Verteilung des Laserausgangs zu lösen, wurde eine symmetrische Anordnung des LD-Arrays unter einem Winkel von 120 Grad verwendet. Die Pumpquelle hat eine Wellenlänge von 1064 nm und besteht aus zwei in Reihe geschalteten, gekrümmten 6000-W-Balkenmodulen mit Halbleiter-Tandempumpfunktion. Die Ausgangsenergie beträgt 0–250 mJ bei einer Pulsdauer von ca. 10 ns und einer Pulsfrequenz von 20 Hz. Ein gefalteter Resonator wird verwendet, und der Laser mit einer Wellenlänge von 1,57 μm wird nach einem Tandem-KTP-Nichtlinearkristall ausgekoppelt.
Diagramm 3Maßzeichnung eines gepulsten Lasers mit einer Wellenlänge von 1,57 µm
Diagramm 4:1,57µm Wellenlänge gepulster Laser Probengerät
Diagramm 5:1,57 μm Ausgang
Diagramm 6:Der Umwandlungswirkungsgrad der Pumpenquelle
Die Laserenergiemessung wurde angepasst, um die Ausgangsleistung zweier Wellenlängen zu messen. Gemäß der untenstehenden Grafik handelt es sich bei dem ermittelten Energiewert um den Mittelwert bei einer Messfrequenz von 20 Hz und einer Messdauer von einer Minute. Die vom 1,57-µm-Laser erzeugte Energie ändert sich in Abhängigkeit von der Energie der 1064-nm-Pumpquelle. Bei einer Pumpenergie von 220 mJ erreicht der 1,57-µm-Laser eine Ausgangsenergie von 80 mJ, was einem Wirkungsgrad von bis zu 35 % entspricht. Da das OPO-Signallicht durch eine bestimmte Leistungsdichte des Grundfrequenzlichts erzeugt wird, ist sein Schwellenwert höher als der des 1064-nm-Grundfrequenzlichts. Seine Ausgangsenergie steigt daher rapide an, sobald die Pumpenergie den OPO-Schwellenwert überschreitet. In der Abbildung ist der Zusammenhang zwischen der OPO-Ausgangsenergie und dem Wirkungsgrad in Bezug auf die Lichtausgangsenergie der Grundfrequenz dargestellt. Daraus ist ersichtlich, dass der Umwandlungswirkungsgrad des OPO bis zu 35 % erreichen kann.
Endlich konnte ein Laserpuls mit einer Wellenlänge von 1,57 μm, einer Energie von über 80 mJ und einer Pulsdauer von 8,5 ns erzeugt werden. Der Divergenzwinkel des Laserstrahls nach dem Strahlaufweiter beträgt 0,3 mrad. Simulationen und Analysen zeigen, dass die Reichweite eines gepulsten Laserentfernungsmessers mit diesem Laser 30 km überschreiten kann.
| Wellenlänge | 1570±5nm |
| Wiederholungsfrequenz | 20 Hz |
| Laserstrahlstreuwinkel (Strahlaufweitung) | 0,3-0,6 mrad |
| Impulsbreite | 8,5 ns |
| Pulsenergie | 80 mJ |
| Kontinuierliche Arbeitszeiten | 5 Minuten |
| Gewicht | ≤1,2 kg |
| Betriebstemperatur | -40℃~65℃ |
| Lagertemperatur | -50℃~65℃ |
Neben der Verbesserung der Investitionen in die eigene Technologieentwicklung, dem Ausbau des F&E-Teams und der Optimierung des Innovationssystems arbeitet Lumispot Tech aktiv mit externen Forschungseinrichtungen im Rahmen von Industrie-Universität-Kooperationen zusammen und pflegt gute Kooperationsbeziehungen zu renommierten Branchenexperten im Inland. Die Kerntechnologie und Schlüsselkomponenten wurden eigenständig entwickelt und gefertigt, und alle Geräte werden lokal hergestellt. Bright Source Laser treibt die technologische Entwicklung und Innovation weiter voran und wird zukünftig kostengünstigere und zuverlässigere Laser-Entfernungsmessermodule mit Augensicherheit auf den Markt bringen, um die Marktnachfrage zu befriedigen.
Veröffentlichungsdatum: 21. Juni 2023