Lumispot Technology Co., Ltd., sau nhiều năm nghiên cứu và phát triển, đã phát triển thành công loại laser xung kích thước nhỏ và 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 đàm thoại của KTP-OPO và tối ưu hóa đầu ra của mô-đun laser diode nguồn bơm. Theo kết quả thử nghiệm, loại laser này đáp ứng yêu cầu nhiệt độ làm việc rộng từ -45oC đến 65oC với hiệu suất tuyệt vời, đạt trình độ tiên tiến ở Trung Quốc.
Máy đo khoảng cách xung Laser là thiết bị đo khoảng cách nhờ ưu điểm là xung laser hướng tới mục tiêu, với ưu điểm là khả năng đo xa có độ chính xác cao, khả năng chống nhiễu mạnh mẽ và cấu trúc nhỏ gọn. Sản phẩm được sử dụng rộng rãi trong đo lường kỹ thuật và các lĩnh vực khác. Phương pháp đo khoảng cách xung laser này được sử dụng rộng rãi nhất trong ứng dụng đo khoảng cách xa. Trong máy đo khoảng cách xa này, tốt nhất nên chọn laser trạng thái rắn có năng lượng cao và góc tán xạ chùm tia nhỏ, sử dụng công nghệ Q-switching để phát 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 phần lớn các trường 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 hình ảnh, cần có máy đo khoảng cách laser từ xa có khả năng đo các mục tiêu nhỏ 0,1m2 trên 20 km. Vì vậy, việc nghiên cứu máy đo khoảng cách laser hiệu suất cao là rất cấp thiết.
Trong những năm gần đây, Lumispot Tech đã nỗ lực nghiên cứu, thiết kế, sản xuất và bán loại laser rắn an toàn cho mắt có bước sóng 1,57um với góc tán xạ chùm tia nhỏ và hiệu suất hoạt động cao.
Gần đây, Lumispot Tech đã thiết kế một loại laser làm mát bằng không khí có bước sóng an toàn cho mắt 1,57um với công suất cực đại và cấu trúc nhỏ gọn, xuất phát từ nhu cầu thực tế trong nghiên cứu về máy đo khoảng cách laser đường dài thu nhỏ. Sau thử nghiệm, tia laser này cho thấy phạm vi rộng triển vọng ứng dụng, sở hữu hiệu suất tuyệt vời, khả năng thích ứng môi trường mạnh mẽ trong phạm vi nhiệt độ làm việc rộng từ - 40 đến 65 độ C,
Thông qua phương trình sau, với lượng tham chiếu cố định khác, bằng cách cải thiện công suất đầu ra cực đại và giảm góc tán xạ chùm tia, nó có thể cải thiện khoảng cách đo của máy đo khoảng cách. Do đó, 2 yếu tố: giá trị công suất phát cực đại và tia laser cấu trúc nhỏ gọn góc tán xạ chùm tia nhỏ có chức năng làm mát bằng không khí là bộ phận then chốt quyết định khả năng đo khoảng cách của máy đo xa cụ thể.
Phần quan trọng để hiện thực hóa tia laser có bước sóng an toàn cho mắt người là kỹ thuật dao động tham số quang học (OPO), bao gồm tùy chọn tinh thể phi tuyến tính, phương pháp khớp pha và thiết kế cấu trúc nội tại OPO. Việc lựa chọn tinh thể phi tuyến tính phụ thuộc vào hệ số phi tuyến tính lớn, ngưỡng chống chịu thiệt hại cao, tính chất vật lý và hóa học ổn định cũng như các kỹ thuật tăng trưởng trưởng thành, v.v., việc khớp pha nên được ưu tiên. Chọn phương pháp khớp pha không quan trọng với góc chấp nhận lớn và góc thoát nhỏ; Cấu trúc khoang OPO phải tính đến hiệu quả và chất lượng chùm tia trên cơ sở đảm bảo độ tin cậy. Đường cong thay đổi của bước sóng đầu ra KTP-OPO với góc khớp pha, khi θ=90°, đèn tín hiệu có thể phát ra chính xác mắt người an toàn laze. Do đó, tinh thể được thiết kế được cắt dọc theo một mặt, khớp góc được sử dụng θ=90°,φ=0°, nghĩa 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 phân tán .
Dựa trên việc xem xét toàn diện vấn đề trên, kết hợp với trình độ phát triển của kỹ thuật và thiết bị laser trong nước hiện nay, giải pháp kỹ thuật tối ưu hóa là: OPO sử dụng KTP-OPO khoang kép khớp pha không quan trọng Loại II thiết kế; 2 KTP-OPO sắp xếp theo chiều dọc trong cấu trúc song song để cải thiện hiệu suất chuyển đổi và độ tin cậy của laser như được trình bày trong hìnhHình 1Bên trên.
Nguồn bơm là dãy laser bán dẫn làm mát bằng dẫn điện tự nghiên cứu và phát triển, với chu kỳ hoạt động tối đa 2%, công suất cực đại 100W cho một thanh và tổng công suất làm việc là 12.000W. Lăng kính góc vuông, gương phản xạ toàn phần phẳng và bộ phân cực tạo thành khoang cộng hưởng đầu ra kết hợp phân cực gấp, lăng kính góc vuông và bản sóng được quay để thu được đầu ra ghép laser 1064nm mong muốn. Phương pháp điều chế Q là phương pháp điều chế Q điện quang hoạt động có áp suất dựa trên tinh thể KDP.
Hình 1Hai tinh thể KTP được kết nối nối tiếp
Trong phương trình này, Prec là công suất nhỏ nhất có thể phát hiện được;
Pout là giá trị công suất cực đại;
D là khẩu độ của hệ thống quang học thu;
t là độ truyền qua của hệ thống quang học;
θ là góc tán xạ chùm tia phát ra của tia laser;
r là tốc độ phản xạ của mục tiêu;
A là diện tích mặt cắt ngang tương đương mục tiêu;
R là dải đo lớn nhất;
σ là hệ số hấp thụ khí quyển.
Hình 2: Mô-đun mảng thanh hình vòng cung thông qua quá trình tự phát triển,
với thanh pha lê YAG ở giữa.
cácHình 2là các ngăn xếp thanh hình vòng cung, đặt 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 ngang của tia laser và sự phân bố đối xứng của đầu ra laser, người ta đã sử dụng phân bố đối xứng của mảng LD ở góc 120 độ. Nguồn bơm có bước sóng 1064nm, hai mô-đun thanh mảng cong 6000W bơm song song bán dẫn nối tiếp. Năng lượng đầu ra là 0-250mJ với độ rộng xung khoảng 10ns và tần số nặng 20Hz. một khoang gấp được sử dụng và tia laser có bước sóng 1,57μm được phát ra sau tinh thể phi tuyến KTP song song.
Đồ thị 3Bản vẽ chiều của laser xung bước sóng 1,57um
Đồ thị 4:Thiết bị lấy mẫu laser xung bước sóng 1,57um
Biểu đồ 5:Đầu ra 1,57μm
Biểu đồ 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 tương ứng. Theo biểu đồ hiển thị bên dưới, kết quả của giá trị năng lượng là giá trị trung bình làm việc ở tần số 20Hz với thời gian làm việc 1 phút. Trong số đó, năng lượng được tạo ra bởi laser bước sóng 1,57um có sự thay đổi hệ quả với mối quan hệ với năng lượng nguồn bơm bước sóng 1064nm. Khi năng lượng của nguồn bơm bằng 220mJ, năng lượng đầu ra của laser bước sóng 1,57um có thể đạt tới 80mJ, với tỷ lệ chuyển đổi lên tới 35%. Do đèn 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 OPO . Mối quan hệ giữa năng lượng đầu ra của OPO và hiệu suất với năng lượng đầu ra ánh sáng tần số cơ bản được thể hiện trên hình, từ đó có thể thấy hiệu suất chuyển đổi của OPO có thể đạt tới 35%.
Cuối cùng, có thể đạt được đầu 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 thông qua thiết bị giãn nở chùm tia laser là 0,3mrad. mô phỏng và phân tích cho thấy khả năng đo phạm vi của máy đo khoảng cách xung laser sử dụng tia laser này có thể vượt quá 30km.
| Bước sóng | 1570±5nm |
| Tần suất lặp lại | 20Hz |
| Góc tán xạ chùm tia laser (mở rộng chùm tia) | 0,3-0,6mrad |
| Độ rộng xung | 8,5ns |
| Năng lượng xung | 80mJ |
| Giờ làm việc liên tục | 5 phút |
| Cân nặng | 1,2kg |
| Nhiệt độ làm việc | -40oC~65oC |
| Nhiệt độ bảo quản | -50oC~65oC |
Ngoài việc cải thiện đầu tư phát triển và nghiên cứu công nghệ của riêng mình, tăng cường xây dựng đội ngũ R&D và hoàn thiện hệ thống đổi mới R&D công nghệ, Lumispot Tech còn tích cực hợp tác với các tổ chức nghiên cứu bên ngoài trong lĩnh vực nghiên cứu công nghiệp-đại học và đã thiết lập mối quan hệ hợp tác tốt đẹp với chuyên gia công nghiệp nổi tiếng trong nước. Công nghệ cốt lõi và các thành phần chính đã được phát triển độc lập, tất cả các thành phần chính đã được phát triển và sản xuất độc lập và tất cả các thiết bị đều đã được bản địa hóa. Bright Source Laser vẫn đang đẩy nhanh tốc độ phát triển và đổi mới công nghệ, đồng thời sẽ tiếp tục giới thiệu các mô-đun máy đo khoảng cách laser an toàn cho mắt người với chi phí thấp hơn và đáng tin cậy hơn để đáp ứng nhu cầu thị trường.
Thời gian đăng: 21/06/2023