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 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 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 -45 ℃ đến 65 ℃ với hiệu suất tuyệt vời, đạt đến trình độ tiên tiến tại Trung Quốc.
Máy đo khoảng cách bằng laser xung là một thiết bị đo khoảng cách nhờ vào ưu điểm của xung laser hướng đến mục tiêu, với ưu điểm là khả năng đo khoảng cách có độ 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 bằng laser xung này được sử dụng rộng rãi nhất trong ứng dụng đo khoảng cách xa. Trong máy đo khoảng cách xa này, tốt hơn là nên chọn laser trạng thái rắn có năng lượng cao và góc tán xạ chùm tia nhỏ, sử dụng công nghệ Q-switching 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 bằng tia laser an toàn cho mắt người: Bộ dao động tham số quang học 1,57um đang dần thay thế máy đo khoảng cách bằng tia laser bước sóng 1,06um truyền thống trong phần lớn các lĩnh vực đo khoảng cách.
(2) Máy đo khoảng cách 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, cần có máy đo khoảng cách laser từ xa có khả năng đo các mục tiêu nhỏ 0,1m² trên 20 km. 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 số lượng cố định của tham chiếu 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. Kết quả là, 2 yếu tố: giá trị công suất đầu ra cực đại và góc tán xạ chùm tia nhỏ laser cấu trúc nhỏ gọn có chức năng làm mát bằng không khí là bộ phận chính quyết định khả năng đo khoảng cách của máy đo khoảng cách cụ thể.
Phần chính 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 hỏng cao, tính chất hóa học và vật lý ổn định và các kỹ thuật phát triển trưởng thành, v.v., việc khớp pha phải được ưu tiên. Chọn phương pháp khớp pha không quan trọng với góc chấp nhận lớn và góc rời 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°, 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, góc khớp sử dụng θ = 90°, φ = 0°, nghĩa là sử dụng phương pháp khớp lớp, khi hệ số phi tuyến tính hiệu quả 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 tại, giải pháp kỹ thuật tối ưu hóa là: OPO áp dụng thiết kế KTP-OPO khoang ngoài kép không khớp pha quan trọng Loại II; 2 KTP-OPO được sắp xếp 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 tự nghiên cứu và phát triển, với chu kỳ hoạt động tối đa là 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 ghép phân cực gấp, và lăng kính góc vuông và tấm sóng được xoay để thu được đầu ra ghép 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 nhỏ nhất có thể phát hiện được;
Pout là giá trị đầu ra cực đại của công suất làm việc;
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 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 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 laser bên và sự phân bố đối xứng của đầu ra laser, một sự phân bố đối xứng của mảng LD ở góc 120 độ đã được sử dụng. Nguồn bơm là bước sóng 1064nm, hai mô-đun thanh mảng cong 6000W trong bơm song song bán dẫn nối tiếp. Năng lượng đầu ra là 0-250mJ với độ rộng xung khoảng 10ns và tần số lớn là 20Hz. một khoang gấp được sử dụng và laser bước sóng 1,57μm được đưa 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 hoạt động dưới 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 được 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 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 | -40℃~65℃ |
| Nhiệt độ lưu trữ | -50℃~65℃ |
Ngoài việc cải thiện đầu tư nghiên cứu và phát triển 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 ngành-trường-nghiên cứu, và đã thiết lập mối quan hệ hợp tác tốt với các chuyên gia trong ngành 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 đã được bản 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 có chi phí thấp hơn và đáng tin cậy hơn để đáp ứng nhu cầu thị trường.
Thời gian đăng: 21-06-2023