In den Bereichen Laserentfernungsmessung, Zielmarkierung und LiDAR haben sich Er:Glas-Lasersender aufgrund ihrer hervorragenden Augensicherheit und kompakten Bauweise als weit verbreitete Festkörperlaser im mittleren Infrarotbereich etabliert. Die Pulsenergie spielt dabei eine entscheidende Rolle für die Detektionsfähigkeit, die Reichweite und die Gesamtreaktionsfähigkeit des Systems. Dieser Artikel bietet eine detaillierte Analyse der Pulsenergie von Er:Glas-Lasersendern.
1. Was ist Impulsenergie?
Die Pulsenergie bezeichnet die Energiemenge, die der Laser in jedem Puls abgibt und wird typischerweise in Millijoule (mJ) gemessen. Sie ist das Produkt aus Spitzenleistung und Pulsdauer: E = PGipfel×τWobei: E die Pulsenergie ist, PGipfel ist die Spitzenleistung,τ ist die Impulsbreite.
Für typische Er:Glas-Laser, die bei 1535 nm arbeiten—eine Wellenlänge im augensicheren Band der Klasse 1—Durch die hohe Impulsenergie bei gleichzeitiger Wahrung der Sicherheit eignen sie sich besonders für tragbare und Außenanwendungen.
2. Pulsenergiebereich von Er:Glas-Lasern
Je nach Bauart, Pumpverfahren und beabsichtigter Anwendung bieten kommerzielle Er:Glas-Lasersender Einzelpulsenergien im Bereich von einigen zehn Mikrojoule (μJ) bis zu mehreren zehn Millijoule (mJ).
Im Allgemeinen weisen Er:Glas-Lasersender, die in miniaturisierten Entfernungsmessmodulen eingesetzt werden, einen Pulsenergiebereich von 0,1 bis 1 mJ auf. Für Zielmarkierer mit großer Reichweite werden typischerweise 5 bis 20 mJ benötigt, während Systeme für militärische oder industrielle Anwendungen 30 mJ überschreiten können und häufig Doppelstab- oder mehrstufige Verstärkerstrukturen verwenden, um eine höhere Ausgangsleistung zu erzielen.
Höhere Impulsenergie führt im Allgemeinen zu einer besseren Detektionsleistung, insbesondere unter schwierigen Bedingungen wie schwachen Rücksignalen oder Umwelteinflüssen auf große Entfernungen.
3. Faktoren, die die Impulsenergie beeinflussen
①Pumpenquellenleistung
Er:Glas-Laser werden typischerweise mit Laserdioden (LDs) oder Blitzlampen gepumpt. LDs bieten eine höhere Effizienz und Kompaktheit, erfordern jedoch eine präzise Temperaturregelung und Ansteuerschaltung.
②Dotierungskonzentration und Stablänge
Unterschiedliche Wirtsmaterialien wie Er:YSGG oder Er:Yb:Glas unterscheiden sich in ihren Dotierungswerten und Verstärkungslängen, was sich direkt auf die Energiespeicherkapazität auswirkt.
③Q-Switching-Technologie
Passive Güteschaltung (z. B. mit Cr:YAG-Kristallen) vereinfacht den Aufbau, bietet aber eine begrenzte Regelgenauigkeit. Aktive Güteschaltung (z. B. mit Pockels-Zellen) ermöglicht höhere Stabilität und bessere Energiekontrolle.
④Wärmemanagement
Bei hohen Pulsenergien ist eine effektive Wärmeableitung vom Laserstab und der Gerätestruktur unerlässlich, um Ausgangsstabilität und Langlebigkeit zu gewährleisten.
4. Anpassung der Impulsenergie an die Anwendungsszenarien
Die Wahl des richtigen Er:Glas-Lasersenders hängt stark von der beabsichtigten Anwendung ab. Nachfolgend sind einige gängige Anwendungsfälle und entsprechende Empfehlungen zur Pulsenergie aufgeführt:
①Handlaser-Entfernungsmesser
Merkmale: kompakt, geringer Stromverbrauch, hochfrequente Nahbereichsmessungen
Empfohlene Impulsenergie: 0,5–1 mJ
②UAV-Entfernungsmessung / Hindernisvermeidung
Merkmale: mittlere bis große Reichweite, schnelle Reaktionszeit, geringes Gewicht
Empfohlene Impulsenergie: 1–5 mJ
③Militärische Zielmarkierer
Merkmale: Hohe Durchschlagskraft, starke Störfestigkeit, Zielführung über große Entfernungen
Empfohlene Pulsenergie: 10–30 mJ
④LiDAR-Systeme
Merkmale: hohe Wiederholungsrate, Scannen oder Punktwolkengenerierung
Empfohlene Impulsenergie: 0,1–10 mJ
5. Zukunftstrends: Hochenergie- und Kompaktverpackungen
Dank ständiger Fortschritte in der Glasdotierungstechnologie, bei Pumpstrukturen und Wärmeleitmaterialien entwickeln sich Er:Glas-Lasersender hin zu einer Kombination aus hoher Energie, hoher Wiederholrate und Miniaturisierung. So können beispielsweise Systeme mit mehrstufiger Verstärkung und aktiv gütegeschalteten Designs mittlerweile über 30 mJ pro Puls liefern und gleichzeitig eine kompakte Bauform beibehalten.—Ideal für Langstreckenmessungen und hochzuverlässige Verteidigungsanwendungen.
6. Schlussfolgerung
Die Pulsenergie ist ein entscheidender Leistungsindikator für die Bewertung und Auswahl von Er:Glas-Lasersendern in Abhängigkeit von den Anwendungsanforderungen. Dank der ständigen Weiterentwicklung der Lasertechnologie können Anwender höhere Energieausbeuten und größere Reichweiten in kleineren und energieeffizienteren Geräten erzielen. Für Systeme, die hohe Reichweiten, Augensicherheit und Betriebssicherheit erfordern, ist die Kenntnis und Auswahl des geeigneten Pulsenergiebereichs entscheidend für die Maximierung der Systemeffizienz und -wirtschaftlichkeit.
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Veröffentlichungsdatum: 28. Juli 2025