Công ty TNHH Công nghệ Lumispot, dựa trên nhiều năm nghiên cứu và phát triển, đã thành công trong việc chế tạo một loại laser xung nhỏ gọn, trọng lượng nhẹ với năng lượng 80mJ, tần số lặp lại 20 Hz và bước sóng an toàn cho mắt người là 1,57μm. Kết quả nghiên cứu này đạt được nhờ việc tăng hiệu suất chuyển đổi của KTP-OPO và tối ưu hóa đầu ra của mô-đun laser diode nguồn bơm. Theo kết quả thử nghiệm, laser này đáp ứng yêu cầu nhiệt độ hoạt động rộng từ -45 ℃ đến 65 ℃ với hiệu suất tuyệt vời, đạt trình độ tiên tiến tại Trung Quốc.
Máy đo khoảng cách laser xung là một thiết bị đo khoảng cách dựa trên ưu điểm của xung laser chiếu trực tiếp vào mục tiêu, với khả năng đo khoảng cách chính xác cao, khả năng chống nhiễu mạnh và cấu trúc nhỏ gọn. Sản phẩm này được sử dụng rộng rãi trong đo lường kỹ thuật và các lĩnh vực khác. Phương pháp đo khoảng cách laser xung này được sử dụng rộng rãi nhất trong ứng dụng đo khoảng cách xa. Trong máy đo khoảng cách xa này, người ta thường ưu tiên lựa chọn laser trạng thái rắn có năng lượng cao và góc tán xạ chùm tia nhỏ, sử dụng công nghệ chuyển mạch Q để tạo ra các xung laser nano giây.
Các xu hướng liên quan của máy đo khoảng cách laser xung như sau:
(1) Máy đo khoảng cách laser an toàn cho mắt người: Bộ dao động tham số quang học 1,57um đang dần thay thế vị trí của máy đo khoảng cách laser bước sóng 1,06um truyền thống trong hầu hết các lĩnh vực đo khoảng cách.
(2) Máy đo khoảng cách laser từ xa thu nhỏ với kích thước nhỏ và trọng lượng nhẹ.
Với sự cải thiện hiệu suất của hệ thống phát hiện và tạo ảnh, nhu cầu về các máy đo khoảng cách laser từ xa có khả năng đo các mục tiêu nhỏ có diện tích 0,1m² ở khoảng cách hơn 20 km là rất cần thiết. Do đó, việc nghiên cứu máy đo khoảng cách laser hiệu suất cao là vô cùng cấp thiết.
Trong những năm gần đây, Lumispot Tech đã nỗ lực nghiên cứu, thiết kế, sản xuất và kinh doanh laser trạng thái rắn an toàn cho mắt với bước sóng 1,57 µm, góc tán xạ chùm tia nhỏ và hiệu suất hoạt động cao.
Gần đây, Lumispot Tech đã thiết kế một laser làm mát bằng không khí với bước sóng an toàn cho mắt 1,57µm, công suất đỉnh cao và cấu trúc nhỏ gọn, xuất phát từ nhu cầu thực tiễn trong nghiên cứu thu nhỏ máy đo khoảng cách laser tầm xa. Sau khi thử nghiệm, laser này cho thấy triển vọng ứng dụng rộng rãi, sở hữu hiệu suất tuyệt vời, khả năng thích ứng môi trường mạnh mẽ trong phạm vi nhiệt độ hoạt động rộng từ -40 đến 65 độ C.
Thông qua phương trình sau, với lượng tham chiếu khác được giữ cố định, bằng cách cải thiện công suất đầu ra cực đại và giảm góc tán xạ chùm tia, có thể cải thiện khoảng cách đo của máy đo khoảng cách. Kết quả là, 2 yếu tố: giá trị công suất đầu ra cực đại và góc tán xạ chùm tia nhỏ của laser cấu trúc nhỏ gọn có chức năng làm mát bằng không khí là yếu tố then chốt quyết định khả năng đo khoảng cách của máy đo khoảng cách cụ thể.
Yếu tố then chốt để tạo ra laser có bước sóng an toàn cho mắt người là kỹ thuật dao động tham số quang học (OPO), bao gồm việc lựa chọn tinh thể phi tuyến, phương pháp khớp pha và thiết kế cấu trúc bên trong OPO. Việc lựa chọn tinh thể phi tuyến phụ thuộc vào hệ số phi tuyến lớn, ngưỡng chịu hư hại cao, tính chất hóa học và vật lý ổn định và kỹ thuật nuôi cấy hoàn thiện, v.v., trong đó khớp pha cần được ưu tiên. Chọn phương pháp khớp pha không quá khắt khe với góc chấp nhận lớn và góc lệch nhỏ; cấu trúc khoang OPO cần tính đến hiệu suất và chất lượng chùm tia trên cơ sở đảm bảo độ tin cậy. Đường cong thay đổi bước sóng đầu ra của KTP-OPO theo góc khớp pha, khi θ=90°, ánh sáng tín hiệu có thể tạo ra chính xác laser an toàn cho mắt người. Do đó, tinh thể được thiết kế được cắt dọc theo một cạnh, góc khớp được sử dụng là θ=90°, φ=0°, tức là sử dụng phương pháp khớp lớp, khi hệ số phi tuyến hiệu dụng của tinh thể là lớn nhất và không có hiệu ứng tán sắc.
Trên cơ sở xem xét toàn diện vấn đề nêu trên, kết hợp với trình độ phát triển của công nghệ và thiết bị laser trong nước hiện nay, giải pháp kỹ thuật tối ưu hóa là: OPO sử dụng thiết kế KTP-OPO khoang kép ngoài không tới hạn loại II có khớp pha; 2 KTP-OPO được đặt vuông góc theo cấu trúc song song để cải thiện hiệu suất chuyển đổi và độ tin cậy của laser như thể hiện trong hình.Hình 1Bên trên.
Nguồn bơm là mảng laser bán dẫn làm mát bằng dẫn điện tự nghiên cứu và phát triển, với chu kỳ hoạt động tối đa 2%, công suất đỉnh 100W cho mỗi thanh và tổng công suất hoạt động 12.000W. Lăng kính vuông góc, gương phản xạ phẳng toàn phần và bộ phân cực tạo thành một khoang cộng hưởng đầu ra ghép nối phân cực gấp khúc, và lăng kính vuông góc cùng tấm sóng được xoay để thu được đầu ra ghép nối laser 1064 nm mong muốn. Phương pháp điều chế Q là điều chế Q điện quang chủ động áp suất dựa trên tinh thể KDP.
Hình 1Hai tinh thể KTP được mắc nối tiếp.
Trong phương trình này, Prec là công suất làm việc nhỏ nhất có thể phát hiện được;
Pout là giá trị công suất đầu ra cực đại;
D là khẩu độ của hệ thống quang học thu nhận;
t là độ truyền quang của hệ thống quang học;
θ là góc tán xạ của chùm tia phát ra từ laser;
r là hệ số phản xạ của mục tiêu;
A là diện tích mặt cắt ngang tương đương mục tiêu;
R là phạm vi đo lớn nhất;
σ là hệ số hấp thụ khí quyển.
Hình 2Mô-đun mảng thanh hình vòng cung được tự phát triển.
với thanh tinh thể YAG ở giữa.
CáiHình 2Cấu trúc gồm các thanh hình vòng cung xếp chồng lên nhau, sử dụng các thanh tinh thể YAG làm môi trường laser bên trong mô-đun, với nồng độ 1%. Để giải quyết mâu thuẫn giữa chuyển động laser theo chiều ngang và sự phân bố đối xứng của đầu ra laser, người ta sử dụng sự phân bố đối xứng của mảng LD ở góc 120 độ. Nguồn bơm có bước sóng 1064nm, hai mô-đun thanh mảng cong 6000W mắc nối tiếp bơm tandem bán dẫn. Năng lượng đầu ra là 0-250mJ với độ rộng xung khoảng 10ns và tần số cao 20Hz. Một khoang gấp khúc được sử dụng, và laser bước sóng 1,57μm được xuất ra sau tinh thể phi tuyến KTP tandem.
Đồ thị 3Bản vẽ kích thước của laser xung có bước sóng 1,57 µm.
Đồ thị 4Thiết bị mẫu laser xung bước sóng 1,57 µm
Đồ thị 5:Đầu ra 1,57μm
Đồ thị 6:Hiệu suất chuyển đổi của nguồn bơm
Điều chỉnh phép đo năng lượng laser để đo công suất đầu ra của 2 loại bước sóng khác nhau. Theo biểu đồ bên dưới, kết quả giá trị năng lượng là giá trị trung bình khi hoạt động ở tần số 20Hz với chu kỳ làm việc 1 phút. Trong đó, năng lượng do laser bước sóng 1,57µm tạo ra có sự thay đổi tương ứng với năng lượng nguồn bơm bước sóng 1064nm. Khi năng lượng nguồn bơm bằng 220mJ, năng lượng đầu ra của laser bước sóng 1,57µm có thể đạt 80mJ, với tỷ lệ chuyển đổi lên đến 35%. Vì ánh sáng tín hiệu OPO được tạo ra dưới tác động của mật độ công suất nhất định của ánh sáng tần số cơ bản, giá trị ngưỡng của nó cao hơn giá trị ngưỡng của ánh sáng tần số cơ bản 1064nm, và năng lượng đầu ra của nó tăng nhanh sau khi năng lượng bơm vượt quá giá trị ngưỡng của OPO. Mối quan hệ giữa năng lượng đầu ra và hiệu suất của OPO với năng lượng ánh sáng tần số cơ bản được thể hiện trong hình vẽ, từ đó có thể thấy rằng hiệu suất chuyển đổi của OPO có thể đạt tới 35%.
Cuối cùng, có thể tạo ra xung laser có bước sóng 1,57μm với năng lượng lớn hơn 80mJ và độ rộng xung laser là 8,5ns. Góc phân kỳ của chùm tia laser đầu ra sau khi đi qua bộ mở rộng chùm tia laser là 0,3mrad. Mô phỏng và phân tích cho thấy khả năng đo khoảng cách của máy đo khoảng cách laser xung sử dụng laser này có thể vượt quá 30km.
| Bước sóng | 1570±5nm |
| Tần suất lặp lại | 20Hz |
| Góc tán xạ của chùm tia laser (sự mở rộng của chùm tia) | 0,3-0,6 mrad |
| Độ rộng xung | 8,5 ns |
| Năng lượng xung | 80mJ |
| Giờ làm việc liên tục | 5 phút |
| Cân nặng | ≤1,2kg |
| Nhiệt độ làm việc | -40℃~65℃ |
| Nhiệt độ bảo quản | -50℃~65℃ |
Bên cạnh việc tăng cường đầu tư nghiên cứu và phát triển công nghệ nội bộ, củng cố đội ngũ R&D và hoàn thiện hệ thống đổi mới nghiên cứu và phát triển công nghệ, Lumispot Tech cũng tích cực hợp tác với các viện nghiên cứu bên ngoài theo mô hình hợp tác công nghiệp-đại học-nghiên cứu, và đã thiết lập mối quan hệ hợp tác tốt với các chuyên gia nổi tiếng trong ngành trong nước. Công nghệ cốt lõi và các linh kiện chính đã được phát triển độc lập, tất cả các linh kiện quan trọng đều được phát triển và sản xuất độc lập, và tất cả các thiết bị đều được nội địa hóa. Bright Source Laser vẫn đang đẩy nhanh tốc độ phát triển và đổi mới công nghệ, và sẽ tiếp tục giới thiệu các mô-đun đo khoảng cách laser an toàn cho mắt người với chi phí thấp hơn và độ tin cậy cao hơn để đáp ứng nhu cầu thị trường.
Thời gian đăng bài: 21/06/2023