وفقًا لآلية التوليد المختلفة لليزر الأشعة تحت الحمراء قصير الموجة ، هناك ثلاثة أنواع من ليزر الأشعة تحت الحمراء قصير الموجة ، وهي ليزر أشباه الموصلات وليزر الألياف وليزر الحالة الصلبة.من بينها ، يمكن تقسيم ليزرات الحالة الصلبة إلى ليزرات الحالة الصلبة بناءً على التحويل البصري غير الخطي لطول الموجة وليزر الحالة الصلبة التي تولد مباشرة أشعة الليزر تحت الحمراء قصيرة الموجة من مواد العمل بالليزر.
تستخدم ليزر أشباه الموصلات مواد أشباه الموصلات كمواد تعمل بالليزر ، ويتم تحديد الطول الموجي لليزر الناتج من خلال فجوة النطاق لمواد أشباه الموصلات.مع تطور علم المواد ، يمكن تخصيص نطاقات الطاقة من مواد أشباه الموصلات لنطاق أوسع من أطوال موجات الليزر من خلال هندسة نطاق الطاقة.لذلك ، يمكن الحصول على أطوال موجات ليزر الأشعة تحت الحمراء متعددة الموجات القصيرة باستخدام ليزر أشباه الموصلات.
إن مادة العمل بالليزر النموذجية لليزر أشباه الموصلات بالأشعة تحت الحمراء قصيرة الموجة هي مادة الفوسفور.على سبيل المثال ، ليزر أشباه الموصلات بفوسفيد الإنديوم بحجم فتحة 95 ميكرومتر له أطوال موجية ليزر ناتجة من 1.55 ميكرومتر و 1.625 ميكرومتر ، وقد وصلت الطاقة إلى 1.5 وات.
يستخدم ليزر الألياف الألياف الزجاجية المخدرة بالأرض النادرة كوسيط ليزر وليزر أشباه الموصلات كمصدر للمضخة.تتميز بخصائص ممتازة مثل العتبة المنخفضة وكفاءة التحويل العالية وجودة حزمة الإخراج الجيدة والبنية البسيطة والموثوقية العالية.يمكنه أيضًا الاستفادة من الطيف الواسع للإشعاع الأيوني الأرضي النادر لتشكيل ليزر ليفي قابل للضبط عن طريق إضافة عناصر بصرية انتقائية مثل حواجز شبكية في مرنان الليزر.أصبحت ليزر الألياف اتجاهًا مهمًا في تطوير تقنية الليزر.
1. ليزر الحالة الصلبة
إن وسائط اكتساب الليزر ذات الحالة الصلبة التي يمكن أن تولد مباشرة أشعة الليزر تحت الحمراء قصيرة الموجة هي أساسًا بلورات Er: YAG والسيراميك ، والزجاج Er-doped.يمكن أن ينتج ليزر الحالة الصلبة المعتمد على كريستال Er: YAG والسيراميك مباشرة 1.645 ميكرومتر من ليزر الأشعة تحت الحمراء قصير الموجة ، وهو نقطة ساخنة في البحث عن ليزر الأشعة تحت الحمراء قصير الموجة في السنوات الأخيرة [3-5].في الوقت الحاضر ، وصلت طاقة نبضة ليزر Er: YAG باستخدام التبديل الكهربائي البصري أو الصوتي البصري Q-switch إلى بضع عشرات إلى عشرات mJ ، وعرض نبضة من عشرات ns ، وتردد تكرار من عشرات إلى آلاف هرتز.إذا تم استخدام ليزر أشباه الموصلات 1.532 ميكرومتر كمصدر للمضخة ، فسيكون له مزايا كبيرة في مجال الاستطلاع النشط بالليزر وإجراءات الليزر المضادة ، خاصة تأثيره الخفي على أجهزة الإنذار بالليزر النموذجية.
يتميز ليزر الزجاج Er بهيكل مدمج ، وتكلفة منخفضة ، وخفيفة الوزن ، ويمكنه تحقيق عملية Q-switched.إنه مصدر الضوء المفضل للكشف النشط عن ليزر الأشعة تحت الحمراء قصير الموجة.ومع ذلك ، نظرًا لأوجه القصور الأربعة في مواد زجاج Er: أولاً ، يبلغ الطول الموجي المركزي لطيف الامتصاص 940 نانومتر أو 976 نانومتر ، مما يجعل ضخ المصباح أمرًا صعبًا ؛ثانيًا ، يعد تحضير المواد الزجاجية Er أمرًا صعبًا وليس من السهل صنع أحجام كبيرة ؛ثالثًا ، زجاج Er المواد لها خصائص حرارية رديئة ، وليس من السهل تحقيق عملية تردد متكررة لفترة طويلة ، ناهيك عن التشغيل المستمر ؛رابعًا ، لا توجد مادة Q-switching مناسبة.على الرغم من أن البحث عن ليزر الأشعة تحت الحمراء قصير الموجة المستند إلى زجاج Er قد جذب انتباه الناس دائمًا ، نظرًا للأسباب الأربعة المذكورة أعلاه ، لم يتم طرح أي منتج.حتى عام 1990 ، مع ظهور قضبان الليزر شبه الموصلة بأطوال موجية 940 نانومتر و 980 نانومتر ، وظهور مواد امتصاص مشبعة مثل Co2 +: MgAl2O4 (ألومينات المغنيسيوم المشبعة بالكوبالت) ، وهما أهم اختناقات مصدر المضخة و Q-switching تم كسر.تطور البحث على الليزر الزجاجي بسرعة.خاصة في السنوات الأخيرة ، وحدة الليزر الزجاجية Er المصغرة في بلدي ، والتي تدمج مصدر مضخة أشباه الموصلات والزجاج Er وفتحة الرنين ، لا تزن أكثر من 10 جم ، ولديها قدرة إنتاجية صغيرة على دفعات تبلغ 50 كيلو وات من وحدات طاقة الذروة.ومع ذلك ، نظرًا لضعف الأداء الحراري لمادة زجاج Er ، فإن تكرار تكرار وحدة الليزر لا يزال منخفضًا نسبيًا.تردد الليزر لوحدة 50 كيلو واط هو 5 هرتز فقط ، وأقصى تردد ليزر لوحدة 20 كيلو واط هو 10 هرتز ، والتي يمكن استخدامها فقط في التطبيقات ذات التردد المنخفض.
يبلغ خرج الليزر 1.064 ميكرومتر بواسطة الليزر النبضي Nd: YAG قدرة قصوى تصل إلى ميغاواط.عندما يمر مثل هذا الضوء القوي المتماسك عبر بعض المواد الخاصة ، فإن فوتوناته مبعثرة بشكل غير مرن على جزيئات المادة ، أي يتم امتصاص الفوتونات وإنتاج فوتونات منخفضة التردد نسبيًا.هناك نوعان من المواد التي يمكن أن تحقق تأثير تحويل التردد هذا: الأول هو البلورات غير الخطية ، مثل KTP ، LiNbO3 ، إلخ ؛والآخر هو غاز عالي الضغط مثل H2.ضعهم في تجويف الطنين البصري لتشكيل مذبذب حدودي بصري (OPO).
عادةً ما يشير OPO القائم على الغاز عالي الضغط إلى مذبذب حدودي ضوئي مشتت لرامان.يتم امتصاص ضوء المضخة جزئيًا ويولد موجة ضوئية منخفضة التردد.يستخدم ليزر رامان الناضج ليزر 1.064 ميكرومتر لضخ غاز عالي الضغط H2 للحصول على ليزر الأشعة تحت الحمراء قصير الموجة 1.54 ميكرومتر.
الصورة 1
التطبيق النموذجي لنظام الأشعة تحت الحمراء للأشعة تحت الحمراء هو التصوير لمسافات طويلة في الليل.يجب أن يكون إنارة الليزر عبارة عن ليزر الأشعة تحت الحمراء قصير الموجة قصير النبضة مع طاقة ذروة عالية ، ويجب أن يكون تردد التكرار متسقًا مع تردد إطار الكاميرا القوية.وفقًا للوضع الحالي لليزر الأشعة تحت الحمراء قصير الموجة في الداخل والخارج ، فإن ليزر Er: YAG الذي يتم ضخه بواسطة الصمام الثنائي والليزر ذو الحالة الصلبة 1.57 ميكرومتر من OPO هي أفضل الخيارات.لا يزال يتعين تحسين تردد التكرار وقوة الذروة لليزر الزجاجي المصغر Er.تطبيق ليزر الأشعة تحت الحمراء قصير الموجة في كهروضوئية مضادة للاستطلاع
يتمثل جوهر ليزر الأشعة تحت الحمراء قصير الموجة المضاد للاستطلاع في تشعيع معدات الاستطلاع الإلكترونية الضوئية للعدو التي تعمل في نطاق الأشعة تحت الحمراء قصيرة الموجة بأشعة ليزر الأشعة تحت الحمراء قصيرة الموجة ، بحيث يمكنها الحصول على معلومات هدف خاطئة أو لا يمكنها العمل بشكل طبيعي ، أو حتى الكاشف تالف.هناك طريقتان نموذجيتان لمكافحة الاستطلاع بالليزر بالأشعة تحت الحمراء قصيرة الموجة ، وهما تداخل الخداع عن بعد مع محدد المدى بالليزر الآمن للعين البشرية وضرر قمع لكاميرا الأشعة تحت الحمراء قصيرة الموجة.
1.1 تداخل خداع المسافة مع محدد المدى بالليزر لسلامة العين البشرية
يقوم جهاز ضبط المدى بالليزر النبضي بتحويل المسافة بين الهدف والهدف من خلال الفاصل الزمني لنبض الليزر ذهابًا وإيابًا بين نقطة الإطلاق والهدف.إذا تلقى كاشف أداة تحديد المدى نبضات ليزر أخرى قبل أن تصل إشارة الصدى المنعكسة للهدف إلى نقطة الإطلاق ، فسيتوقف التوقيت ، والمسافة المحولة ليست المسافة الفعلية للهدف ، ولكنها أصغر من المسافة الفعلية للهدف.مسافة زائفة ، والتي تحقق الغرض من خداع مسافة أداة تحديد المدى.بالنسبة لأجهزة تحديد المدى بالليزر الآمنة للعين ، يمكن استخدام ليزر النبض تحت الأحمر قصير الموجة بنفس الطول الموجي لتنفيذ تداخل خداع المسافة.
الليزر الذي ينفذ تداخل خداع المسافة لجهاز تحديد المدى يحاكي الانعكاس المنتشر للهدف على الليزر ، لذلك تكون طاقة ذروة الليزر منخفضة جدًا ، ولكن يجب استيفاء الشرطين التاليين:
1) يجب أن يكون الطول الموجي لليزر هو نفس الطول الموجي العامل لجهاز تحديد المدى المتداخل.يتم تثبيت مرشح تداخل أمام كاشف محدد المدى ، ويكون عرض النطاق الترددي ضيقًا جدًا.لا يمكن أن تصل الليزر ذات الأطوال الموجية غير الطول الموجي العامل إلى السطح الحساس للضوء للكاشف.حتى أجهزة الليزر 1.54 ميكرومتر و 1.57 ميكرومتر ذات الأطوال الموجية المتشابهة لا يمكن أن تتداخل مع بعضها البعض.
2) يجب أن يكون تردد تكرار الليزر عاليًا بدرجة كافية.يستجيب كاشف أداة تحديد المدى لإشارة الليزر التي تصل إلى سطحه الحساس للضوء فقط عند قياس النطاق.لتحقيق التداخل الفعال ، يجب أن تنضغط نبضة التداخل على الأقل في بوابة موجة محدد المدى من 2 إلى 3 نبضات.بوابة النطاق التي يمكن تحقيقها في الوقت الحالي هي في حدود μs ، لذلك يجب أن يكون للليزر المسبب للتداخل تردد تكرار عالٍ.بأخذ مسافة مستهدفة تبلغ 3 كيلومترات كمثال ، فإن الوقت المطلوب لليزر للذهاب ذهابًا وإيابًا مرة واحدة هو 20 ميكرو ثانية.إذا تم إدخال نبضتين على الأقل ، يجب أن يصل تردد تكرار الليزر إلى 50 كيلو هرتز.إذا كان الحد الأدنى لمدى جهاز تحديد المدى بالليزر 300 متر ، فلا يمكن أن يكون تردد التكرار لجهاز التشويش أقل من 500 كيلو هرتز.يمكن فقط لأشعة الليزر شبه الموصلة والليزر الليفي تحقيق معدل التكرار العالي.
1.2 التداخل القمعي والأضرار التي لحقت بكاميرات الأشعة تحت الحمراء قصيرة الموجة
بصفتها المكون الأساسي لنظام التصوير بالأشعة تحت الحمراء للموجة القصيرة ، تتمتع كاميرا الأشعة تحت الحمراء قصيرة الموجة بنطاق ديناميكي محدود من الطاقة الضوئية للاستجابة لكاشف المستوى البؤري InGaAs.إذا تجاوزت الطاقة الضوئية الساقطة الحد الأعلى للنطاق الديناميكي ، فسيحدث تشبع ، ولن يتمكن الكاشف من إجراء التصوير العادي.طاقة أعلى سوف يتسبب الليزر في تلف دائم للكاشف.
تعتبر ليزر أشباه الموصلات المستمرة وذات الطاقة المنخفضة وليزرات الألياف ذات التردد العالي التكرار مناسبة للتداخل المستمر للقمع لكاميرات الأشعة تحت الحمراء قصيرة الموجة.قم بإشعاع كاميرا الأشعة تحت الحمراء قصيرة الموجة باستمرار باستخدام الليزر.نظرًا لتأثير التكثيف الكبير للعدسة البصرية ، فإن المنطقة التي تصل إليها البقعة المنتشرة بالليزر على المستوى البؤري InGaAs مشبعة بشدة ، وبالتالي لا يمكن تصويرها بشكل طبيعي.فقط بعد توقف تشعيع الليزر لفترة من الوقت ، يمكن أن يعود أداء التصوير تدريجياً إلى طبيعته.
وفقًا لنتائج سنوات عديدة من البحث والتطوير لمنتجات التدابير المضادة النشطة بالليزر في النطاقات المرئية والقريبة من الأشعة تحت الحمراء واختبارات فعالية الضرر الميداني المتعددة ، يمكن فقط لأشعة الليزر قصيرة النبضة ذات الطاقة القصوى للميجاوات وما فوق أن تسبب ضررًا لا رجعة فيه للتلفزيون الكاميرات على مسافة كيلومترات.ضرر.ما إذا كان يمكن تحقيق تأثير الضرر ، فإن ذروة طاقة الليزر هي المفتاح.طالما أن ذروة الطاقة أعلى من حد تلف الكاشف ، فإن نبضة واحدة يمكن أن تلحق الضرر بالكاشف.من منظور صعوبة تصميم الليزر وتبديد الحرارة واستهلاك الطاقة ، ليس بالضرورة أن يصل تردد تكرار الليزر إلى معدل إطار الكاميرا أو أعلى ، ويمكن أن تلبي 10 هرتز إلى 20 هرتز تطبيقات القتال الفعلية.وبطبيعة الحال ، فإن كاميرات الأشعة تحت الحمراء ذات الموجات القصيرة ليست استثناءً.
تتضمن كاشفات المستوى البؤري InGaAs أجهزة CCD للقصف الإلكتروني بناءً على كاثود ضوئي للهجرة الإلكترونية InGaAs / InP و CMOS تم تطويره لاحقًا.عتبات التشبع والأضرار هي بنفس الترتيب من حيث الحجم مثل CCD / CMOS القائمة على Si ، ولكن لم يتم الحصول على أجهزة الكشف القائمة على InGaAs / InP.بيانات حد التشبع والتلف في CCD / COMS.
وفقًا للحالة الحالية لليزر الأشعة تحت الحمراء على الموجات القصيرة في الداخل والخارج ، لا يزال ليزر الحالة الصلبة ذو التردد المتكرر 1.57 ميكرومتر المستند إلى OPO هو الخيار الأفضل لتلف الليزر CCD / COMS.أداء اختراق الغلاف الجوي العالي والليزر النبضي القصير ذو القدرة العالية. تغطية بقعة الضوء والخصائص الفعالة للنبضة الواحدة واضحة لقوة القتل الناعمة لنظام الإلكترونيات الضوئية لمسافات طويلة المجهز بكاميرات الأشعة تحت الحمراء قصيرة الموجة.
2 - الاستنتاج
تتمتع أشعة الليزر تحت الحمراء قصيرة الموجة ذات الأطوال الموجية بين 1.1 ميكرومتر و 1.7 ميكرومتر بنفاذية عالية في الغلاف الجوي وقدرة قوية على اختراق الضباب والمطر والثلج والدخان والرمل والغبار.إنه غير مرئي لمعدات الرؤية الليلية التقليدية ذات الإضاءة المنخفضة.يعتبر الليزر في النطاق 1.4 ميكرومتر إلى 1.6 ميكرومتر آمنًا للعين البشرية ، وله سمات مميزة مثل كاشف ناضج مع ذروة استجابة الطول الموجي في هذا النطاق ، وأصبح اتجاهًا هامًا للتطوير لتطبيقات الليزر العسكرية.
تحلل هذه الورقة الخصائص التقنية والوضع الراهن لأربعة أنواع من أشعة الليزر تحت الحمراء قصيرة الموجة ، بما في ذلك ليزر أشباه الموصلات الفوسفورية ، وليزر الألياف Er-doped ، وليزر الحالة الصلبة Er-doped ، وليزر الحالة الصلبة OPO ، ويلخص الاستخدام من هذه الأشعة تحت الحمراء قصيرة الموجة في الاستطلاع النشط الكهروضوئي.تطبيقات نموذجية في مكافحة الاستطلاع.
1) تستخدم أشعة الليزر الفوسفورية شبه الموصلة ذات التردد العالي والمنخفض وذات التردد العالي بشكل أساسي للإضاءة المساعدة لمراقبة التخفي لمسافات طويلة وتهدف إلى الليل وقمع التداخل مع كاميرات الأشعة تحت الحمراء ذات الموجة القصيرة للعدو.تعد ليزر أشباه الموصلات الفوسفوري عالية التكرار ذات النبضات القصيرة والليزر الليفي المشبع أيضًا مصادر إضاءة مثالية لنطاق سلامة العين متعدد النبضات ، ورادار التصوير بالمسح بالليزر وتداخل خداع مسافة الليزر لجهاز تحديد المدى بالليزر.
2) يمكن استخدام ليزرات الحالة الصلبة القائمة على OPO مع معدل تكرار منخفض ولكن بقوة ذروة تبلغ ميغاوات أو حتى عشرة ميغاوات على نطاق واسع في رادار التصوير بالفلاش ، ومراقبة بوابات الليزر لمسافات طويلة في الليل ، وتلف ليزر الأشعة تحت الحمراء قصير الموجة و الوضع التقليدي عن بعد عيون الإنسان سلامة تتراوح الليزر.
3) الليزر الزجاجي المصغر Er هو أحد الاتجاهات الأسرع نموًا لليزر الأشعة تحت الحمراء قصير الموجة في السنوات الأخيرة.يمكن استخدام مستويات الطاقة الحالية وتردد التكرار في أجهزة ضبط الليزر المصغرة لأمان العين.بمرور الوقت ، بمجرد أن تصل الطاقة القصوى إلى مستوى الميجاوات ، يمكن استخدامها لرادار التصوير بالفلاش ، ومراقبة بوابات الليزر ، وتلف الليزر لكاميرات الأشعة تحت الحمراء قصيرة الموجة.
4) ليزر Er: YAG الذي يتم ضخه بواسطة الصمام الثنائي والذي يخفي جهاز التحذير بالليزر هو اتجاه التطوير السائد لليزر الأشعة تحت الحمراء قصير الموجة عالي الطاقة.لديها إمكانات تطبيق كبيرة في ليدار الفلاش ، ومراقبة الليزر لمسافات طويلة في الليل ، وتلف الليزر.
في السنوات الأخيرة ، نظرًا لأن أنظمة الأسلحة لديها متطلبات أعلى وأعلى لدمج الأنظمة الإلكترونية الضوئية ، أصبحت معدات الليزر الصغيرة وخفيفة الوزن اتجاهًا حتميًا في تطوير معدات الليزر.أصبحت ليزر أشباه الموصلات والليزر الليفي والليزر المصغر بحجم صغير وخفيف الوزن واستهلاك منخفض للطاقة هو الاتجاه السائد لتطوير ليزر الأشعة تحت الحمراء قصير الموجة.على وجه الخصوص ، تتمتع الليزرات الليفية ذات جودة الشعاع الجيدة بإمكانيات تطبيق كبيرة في الإضاءة المساعدة ليلاً ، والمراقبة الخفية والتصويب ، ومسح التصوير الليدار ، وتداخل قمع الليزر.ومع ذلك ، فإن قوة / طاقة هذه الأنواع الثلاثة من أجهزة الليزر الصغيرة وخفيفة الوزن منخفضة بشكل عام ، ويمكن استخدامها فقط لبعض تطبيقات الاستطلاع قصيرة المدى ، ولا يمكنها تلبية احتياجات الاستطلاع بعيد المدى والاستطلاع المضاد.لذلك ، ينصب تركيز التطوير على زيادة طاقة / طاقة الليزر.
تتمتع ليزر الحالة الصلبة القائمة على OPO بجودة شعاع جيدة وقوة ذروة عالية ، ولا تزال مزاياها في المراقبة البعيدة المدى ، ورادار التصوير بالفلاش وتلف الليزر واضحًا للغاية ، ويجب زيادة طاقة إخراج الليزر وتردد تكرار الليزر .بالنسبة لليزر Er: YAG الذي يتم ضخه بواسطة الصمام الثنائي ، إذا زادت طاقة النبض بينما يتم ضغط عرض النبضة بشكل أكبر ، فسيصبح أفضل بديل لليزر الحالة الصلبة OPO.لها مزايا في المراقبة بالبوابات لمسافات طويلة ، ورادار التصوير بالفلاش ، وتلف الليزر.إمكانات تطبيق كبيرة.
مزيد من المعلومات عن المنتج ، يمكنك زيارة موقعنا على شبكة الإنترنت:
https://www.erbiumtechnology.com/
بريد إلكتروني:devin@erbiumtechnology.com
ال WhatsApp: + 86-18113047438
الفاكس: + 86-2887897578
إضافة: رقم 23 ، طريق Chaoyang ، شارع Xihe ، Longquanyi Distrcit ، تشنغدو ، 610107 ، الصين.
وقت التحديث: Mar-02-2022
