Công ty TNHH Công nghệ Lumispot, dựa trên nhiều năm nghiên cứu và phát triển, đã phát triển thành công một 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 bằng cách tăng hiệu suất giao tiếp 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 làm việc 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 thiết bị đo khoảng cách sử dụng xung laser hướng đến mục tiêu, với ưu điểm là khả năng đo khoảng cách chính xác cao, khả năng chống nhiễu mạnh 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 laser xung này được sử dụng rộng rãi nhất trong ứng dụng đo khoảng cách xa. Trong máy đo khoảng cách xa này, laser bán dẫn với năng lượng cao và góc tán xạ chùm tia nhỏ được ưa chuộng hơn, sử dụng công nghệ Q-switching để tạo ra xung laser nano giây.
Các xu hướng liên quan của máy đo khoảng cách bằng tia laser xung như sau:
(1) Máy đo khoảng cách bằng 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 bằng laser bước sóng 1,06um truyền thống trong phần lớn các lĩnh vực đo khoảng cách.
(2) Máy đo khoảng cách bằng tia laser từ xa thu nhỏ có kích thước nhỏ và trọng lượng nhẹ.
Với sự cải thiện hiệu suất của hệ thống phát hiện và hình ảnh, nhu cầu về máy đo khoảng cách laser từ xa có khả năng đo các mục tiêu nhỏ 0,1m² trên phạm vi 20 km là rất cấp thiết. Do đó, 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 tia laser trạng thái 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 cao và cấu trúc nhỏ gọn, xuất phát từ nhu cầu thực tế trong nghiên cứu máy đo khoảng cách laser tầm xa thu nhỏ. Sau khi thử nghiệm, loại laser này cho thấy triển vọng ứng dụng rộng rãi, sở hữu hiệu suất tuyệt vời, khả năng thích ứng mạnh mẽ với môi trường trong phạm vi nhiệt độ làm việc rộng từ - 40 đến 65 độ C.
Thông qua phương trình sau, với một lượng tham chiếu cố định khác, 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. Do đó, hai yếu tố: giá trị công suất đầu ra cực đại và góc tán xạ chùm tia nhỏ của laser cấu trúc nhỏ gọn với 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.
Phần quan trọng để hiện thực hóa 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 bên trong OPO. Việc lựa chọn tinh thể phi tuyến tính phụ thuộc vào hệ số phi tuyến tính lớn, ngưỡng chịu hư hại cao, tính chất hóa học và vật lý ổn định và các kỹ thuật phát triển 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 rời nhỏ; Cấu trúc khoang OPO nên 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°, ánh sáng tín hiệu có thể phát ra chính xác laser an toàn cho mắt người. Do đó, tinh thể được thiết kế được cắt dọc theo một bên, sử dụng góc khớp θ = 90°, φ = 0°, nghĩa là sử dụng phương pháp khớp lớp, khi hệ số phi tuyến tính hiệu dụng của tinh thể là lớn nhất và không có hiệu ứng tán sắc.
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 tại, giải pháp kỹ thuật tối ưu hóa là: OPO áp dụng thiết kế KTP-OPO khoang ngoài kép không khớp pha cấp II; 2 KTP-OPO được đặt thẳng đứng trong cấu trúc song song để cải thiện hiệu suất chuyển đổi và độ tin cậy của laser như thể hiện trongHình 1Bên trên.
Nguồn bơm là mảng laser bán dẫn làm mát dẫn điện do chính chúng tôi 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 hoạt động 12.000W. Lăng kính góc vuông, gương phản xạ toàn phần phẳng và bộ phân cực tạo thành một khoang cộng hưởng đầu ra ghép nối phân cực gấp, và lăng kính góc vuông 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 kết nối nối tiếp
Trong phương trình này, Prec là công suất phát hiện nhỏ nhất;
Pout là giá trị công suất đầu ra cực đại;
D là khẩu độ 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 tỷ lệ 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 của khí quyển.
Hình 2: Mô-đun mảng thanh hình vòng cung thông qua quá trình tự phát triển,
với thanh tinh thể YAG ở giữa.
CácHình 2là các 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 laser và sự phân bố đối xứng của đầu ra laser, một mảng LD phân bố đối xứng ở góc 120 độ đã được sử dụng. Nguồn bơm là bước sóng 1064nm, hai mô-đun thanh mảng cong 6000W được bơm song song bán dẫn nối tiếp. Năng lượng đầu ra là 0-250mJ với độ rộng xung khoảng 10ns và tần số cao 20Hz. Một khoang gấp được sử dụng, và laser bước sóng 1,57μm được phát ra sau một tinh thể phi tuyến KTP song song.
Biểu đồ 3Bản vẽ kích thước của laser xung bước sóng 1,57um
Biểu đồ 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 dưới tần số 20Hz với chu kỳ làm việc 1 phút. Trong số đó, năng lượng được tạo ra bởi laser bước sóng 1,57um có sự thay đổi liên tục theo mối quan hệ của 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 80mJ, với tỷ lệ chuyển đổi lên tới 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, nên giá trị ngưỡng của nó cao hơn giá trị ngưỡng của ánh sáng tần số cơ bản 1064 nm 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 OPO và hiệu suất với năng lượng đầu ra ánh sáng tần số cơ bản được thể hiện trong hình, từ đó có thể thấy hiệu suất chuyển đổi của OPO có thể đạt tới 35%.
Cuối cùng, có thể đạt được xung laser 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 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 loại laser này có thể vượt quá 30km.
| Bước sóng | 1570±5nm |
| Tần suất lặp lại | 20Hz |
| Góc tán xạ chùm tia laser (sự giãn nở chùm tia) | 0,3-0,6 mrad |
| Độ rộng xung | 8,5ns |
| Năng lượng xung | 80mJ |
| Giờ làm việc liên tục | 5 phút |
| Cân nặng | ≤1,2kg |
| Nhiệt độ làm việc | -40℃~65℃ |
| Nhiệt độ lưu trữ | -50℃~65℃ |
Ngoài việc nâng cao đầu tư nghiên cứu và phát triển công nghệ, củng cố đội ngũ R&D và hoàn thiện hệ thống đổi mới R&D công nghệ, Lumispot Tech còn tích cực hợp tác với các viện nghiên cứu bên ngoài trong lĩnh vực công nghiệp-đại học-nghiên cứu, đồng thời thiết lập mối quan hệ hợp tác tốt đẹp với các chuyên gia hàng đầu trong nước. Công nghệ cốt lõi và các linh kiện chủ chốt được phát triển độc lập, tất cả các linh kiện chủ chốt 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 máy 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: 21-06-2023