في ظلّ موجة تطوير صناعة المعلومات الجغرافية في مجال المسح ورسم الخرائط نحو الكفاءة والدقة، أصبحت ليزرات الألياف الضوئية بطول موجة 1.5 ميكرومتر المحرك الرئيسي لنمو السوق في مجالين رئيسيين هما مسح المركبات الجوية غير المأهولة والمسح اليدوي، وذلك بفضل قدرتها الفائقة على التكيف مع متطلبات المواقع المختلفة. ومع النمو الهائل لتطبيقات مثل المسح على ارتفاعات منخفضة ورسم الخرائط في حالات الطوارئ باستخدام الطائرات المسيّرة، بالإضافة إلى تطوير أجهزة المسح اليدوية نحو دقة عالية وسهولة في الحمل، تجاوز حجم السوق العالمي لليزر الألياف الضوئية بطول موجة 1.5 ميكرومتر المستخدم في المسح 1.2 مليار يوان بحلول عام 2024، حيث شكّل الطلب على المركبات الجوية غير المأهولة والأجهزة اليدوية أكثر من 60% من الإجمالي، مع الحفاظ على معدل نمو سنوي متوسط قدره 8.2%. ويكمن وراء هذا الطلب المتزايد التوافق المثالي بين الأداء الفريد لنطاق 1.5 ميكرومتر والمتطلبات الصارمة للدقة والسلامة والقدرة على التكيف مع البيئة في سيناريوهات المسح.
1- نظرة عامة على المنتج
تعتمد سلسلة ليزر الألياف 1.5 ميكرومتر من لوميسبوت تقنية تضخيم MOPA، التي تتميز بقدرة ذروة عالية وكفاءة تحويل كهروضوئية عالية، ونسبة ضوضاء منخفضة ناتجة عن الانبعاث التلقائي المحفز (ASE) والتأثيرات غير الخطية، ونطاق واسع لدرجة حرارة التشغيل، مما يجعلها مناسبة للاستخدام كمصدر انبعاث ليزري في أنظمة LiDAR. في أنظمة المسح مثل LiDAR، يُستخدم ليزر الألياف بطول موجي 1.5 ميكرومتر كمصدر أساسي للضوء المنبعث، وتحدد مؤشرات أدائه بشكل مباشر "دقة" و"نطاق" الكشف. يرتبط أداء هذين البُعدين ارتباطًا مباشرًا بكفاءة وموثوقية الطائرات بدون طيار في مسح التضاريس، والتعرف على الأهداف، ودوريات خطوط الطاقة، وغيرها من السيناريوهات. من منظور قوانين النقل الفيزيائية ومنطق معالجة الإشارات، تُعد المؤشرات الأساسية الثلاثة - قدرة الذروة، وعرض النبضة، واستقرار الطول الموجي - متغيرات رئيسية تؤثر على دقة الكشف ونطاقه. يمكن تحليل آلية عملها من خلال سلسلة "نقل الإشارة، والنقل الجوي، وانعكاس الهدف، واستقبال الإشارة".
2. مجالات التطبيق
في مجال المسح الجوي ورسم الخرائط باستخدام الطائرات بدون طيار، ازداد الطلب بشكل كبير على ليزرات الألياف ذات الطول الموجي 1.5 ميكرومتر نظرًا لدقتها العالية في تحديد نقاط الضعف في العمليات الجوية. تُفرض قيود صارمة على حجم ووزن واستهلاك الطاقة لحمولة الطائرات بدون طيار، بينما يُتيح التصميم الهيكلي المدمج وخفة وزن ليزر الألياف ذي الطول الموجي 1.5 ميكرومتر إمكانية تقليل وزن نظام رادار الليزر إلى ثلث وزن المعدات التقليدية، مما يجعله مناسبًا تمامًا لأنواع مختلفة من الطائرات بدون طيار، مثل الطائرات متعددة المراوح والطائرات ذات الأجنحة الثابتة. والأهم من ذلك، يقع هذا النطاق ضمن "النافذة الذهبية" لانتقال الموجات في الغلاف الجوي. وبالمقارنة مع ليزر 905 نانومتر الشائع الاستخدام، ينخفض توهين انتقاله بأكثر من 40% في ظل ظروف جوية معقدة كالضباب والغبار. بقدرة قصوى تصل إلى كيلوواط، يمكنه تحقيق مسافة كشف تتجاوز 250 مترًا للأهداف ذات انعكاسية 10%، ما يحل مشكلة "عدم وضوح الرؤية وقياس المسافة" للطائرات المسيّرة أثناء عمليات المسح في المناطق الجبلية والصحراوية وغيرها. في الوقت نفسه، تُمكّن خصائصه الممتازة لحماية العين البشرية - والتي تسمح بقدرة قصوى تزيد عن عشرة أضعاف قدرة ليزر 905 نانومتر - الطائرات المسيّرة من العمل على ارتفاعات منخفضة دون الحاجة إلى أجهزة حماية إضافية، ما يُحسّن بشكل كبير من سلامة ومرونة المناطق المأهولة مثل المسح الحضري ورسم الخرائط الزراعية.
في مجال المسح ورسم الخرائط المحمولة، يرتبط الطلب المتزايد على ليزرات الألياف ذات الطول الموجي 1.5 ميكرومتر ارتباطًا وثيقًا بالمتطلبات الأساسية المتمثلة في سهولة حمل الجهاز ودقته العالية. تحتاج معدات المسح المحمولة الحديثة إلى تحقيق توازن بين القدرة على التكيف مع المشاهد المعقدة وسهولة التشغيل. يُمكّن انخفاض مستوى الضوضاء وجودة الشعاع العالية لليزر الألياف ذي الطول الموجي 1.5 ميكرومتر الماسحات الضوئية المحمولة من تحقيق دقة قياس تصل إلى مستوى الميكرومتر، ما يلبي متطلبات الدقة العالية مثل رقمنة الآثار الثقافية والكشف عن المكونات الصناعية. بالمقارنة مع ليزرات 1.064 ميكرومتر التقليدية، فقد تحسنت قدرتها على مقاومة التداخل بشكل ملحوظ في بيئات الإضاءة القوية الخارجية. وبالإضافة إلى خصائص القياس غير التلامسي، يمكنها الحصول بسرعة على بيانات سحابة النقاط ثلاثية الأبعاد في سيناريوهات مثل ترميم المباني القديمة ومواقع الإنقاذ في حالات الطوارئ، دون الحاجة إلى معالجة مسبقة للهدف. الأمر الأكثر أهمية هو أن تصميم العبوة المدمج يمكن دمجه في الأجهزة المحمولة التي يقل وزنها عن 500 جرام، مع نطاق درجة حرارة واسع من -30 درجة مئوية إلى +60 درجة مئوية، مما يجعله يتكيف تمامًا مع احتياجات عمليات السيناريوهات المتعددة مثل المسوحات الميدانية وعمليات فحص ورش العمل.
من منظور دورها الأساسي، أصبحت ليزرات الألياف ذات الطول الموجي 1.5 ميكرومتر أداةً رئيسيةً لإعادة تشكيل قدرات المسح. ففي مسح المركبات الجوية غير المأهولة، تُعدّ بمثابة "قلب" رادار الليزر، إذ تحقق دقة قياس تصل إلى مستوى السنتيمتر من خلال نبضات نانوثانية، وتوفر بيانات سحابية نقطية عالية الكثافة لنمذجة التضاريس ثلاثية الأبعاد والكشف عن الأجسام الغريبة في خطوط الطاقة، مما يُحسّن كفاءة مسح المركبات الجوية غير المأهولة بأكثر من ثلاثة أضعاف مقارنةً بالطرق التقليدية. وفي سياق المسح الوطني للأراضي، تُمكّن قدرتها على الكشف بعيد المدى من مسح مساحة 10 كيلومترات مربعة بكفاءة عالية لكل رحلة، مع التحكم في أخطاء البيانات في حدود 5 سنتيمترات. وفي مجال المسح اليدوي، تُتيح هذه التقنية للأجهزة تجربة تشغيلية سهلة وسريعة: ففي حماية التراث الثقافي، يمكنها التقاط تفاصيل نسيج سطح الآثار بدقة عالية وتوفير نماذج ثلاثية الأبعاد بدقة المليمتر للأرشفة الرقمية. وفي الهندسة العكسية، يُمكن الحصول على البيانات الهندسية للمكونات المعقدة بسرعة، مما يُسرّع من عمليات تصميم المنتجات. في مجال المسح ورسم الخرائط في حالات الطوارئ، وبفضل إمكانيات معالجة البيانات في الوقت الفعلي، يُمكن إنشاء نموذج ثلاثي الأبعاد للمنطقة المتضررة في غضون ساعة واحدة من وقوع الزلازل والفيضانات والكوارث الأخرى، مما يوفر دعمًا بالغ الأهمية لاتخاذ قرارات الإنقاذ. من المسوحات الجوية واسعة النطاق إلى المسح الأرضي الدقيق، يقود ليزر الألياف بطول موجة 1.5 ميكرومتر صناعة المسح إلى عصر جديد يتميز بالدقة العالية والكفاءة العالية.
3- المزايا الأساسية
جوهر نطاق الكشف هو أقصى مسافة يمكن للفوتونات المنبعثة من الليزر عندها التغلب على التوهين الجوي وفقدان الانعكاس من الهدف، مع الحفاظ على إمكانية استقبالها كإشارات فعالة. وتؤثر المؤشرات التالية لليزر ذي المصدر الساطع وليزر الألياف بطول موجي 1.5 ميكرومتر بشكل مباشر على هذه العملية:
① ذروة القدرة (كيلوواط): 3 كيلوواط عند 3 نانوثانية و100 كيلوهرتز (قياسي)؛ 8 كيلوواط عند 3 نانوثانية و100 كيلوهرتز (مُطوّر) هي "القوة الدافعة الأساسية" لنطاق الكشف، وتمثل الطاقة اللحظية المنبعثة من الليزر خلال نبضة واحدة، وهي العامل الرئيسي الذي يحدد قوة الإشارات بعيدة المدى. في الكشف عن الطائرات المسيّرة، تحتاج الفوتونات إلى قطع مئات أو حتى آلاف الأمتار عبر الغلاف الجوي، مما قد يتسبب في توهين الإشارة نتيجة لتشتت رايلي وامتصاص الهباء الجوي (على الرغم من أن نطاق 1.5 ميكرومتر يقع ضمن "النافذة الجوية"، إلا أنه لا يزال هناك توهين متأصل). في الوقت نفسه، يمكن أن تؤدي انعكاسية سطح الهدف (مثل الاختلافات في الغطاء النباتي والمعادن والصخور) إلى فقدان الإشارة. عند زيادة ذروة الطاقة، حتى بعد التوهين وفقدان الانعكاس على مسافات طويلة، لا يزال بإمكان عدد الفوتونات التي تصل إلى طرف الاستقبال تلبية "عتبة نسبة الإشارة إلى الضوضاء"، مما يؤدي إلى توسيع نطاق الكشف - على سبيل المثال، من خلال زيادة ذروة طاقة ليزر الألياف 1.5 ميكرومتر من 1 كيلو واط إلى 5 كيلو واط، في ظل نفس الظروف الجوية، يمكن توسيع نطاق الكشف عن الأهداف ذات الانعكاسية 10٪ من 200 متر إلى 350 مترًا، مما يحل مباشرة مشكلة "عدم القدرة على القياس عن بعد" في سيناريوهات المسح واسعة النطاق مثل المناطق الجبلية والصحاري للطائرات بدون طيار.
٢- عرض النبضة (نانو ثانية): قابل للتعديل من ١ إلى ١٠ نانو ثانية. يتميز المنتج القياسي بانحراف حراري لعرض النبضة لا يتجاوز ٠.٥ نانو ثانية ضمن نطاق درجة الحرارة الكامل (-٤٠ إلى ٨٥ درجة مئوية)؛ كما يمكن أن يصل إلى انحراف حراري لعرض النبضة لا يتجاوز ٠.٢ نانو ثانية ضمن نطاق درجة الحرارة الكامل (-٤٠ إلى ٨٥ درجة مئوية). يُعد هذا المؤشر بمثابة "المقياس الزمني" لدقة قياس المسافة، حيث يُمثل مدة نبضات الليزر. يعتمد مبدأ حساب المسافة للكشف عن الطائرات بدون طيار على "المسافة = (سرعة الضوء × زمن ذهاب وإياب النبضة) / ٢"، لذا فإن عرض النبضة يُحدد مباشرةً "دقة قياس الوقت". عند تقليل عرض النبضة، تزداد "حدة" النبضة، ويقل خطأ التوقيت بين "وقت انبعاث النبضة" و"وقت استقبال النبضة المنعكسة" عند طرف الاستقبال بشكل ملحوظ.
③ استقرار الطول الموجي: ضمن نطاق 1 بيكومتر/درجة مئوية، يُعد عرض الخط عند درجة الحرارة الكاملة البالغ 0.128 نانومتر "معيار الدقة" في ظل التداخل البيئي، ويتفاوت طول موجة خرج الليزر مع تغيرات درجة الحرارة والجهد. عادةً ما يستخدم نظام الكشف في نطاق الطول الموجي 1.5 ميكرومتر تقنية "استقبال تنوع الطول الموجي" أو "التداخل الضوئي" لتحسين الدقة، ويمكن أن تتسبب تقلبات الطول الموجي مباشرةً في انحراف معيار القياس - على سبيل المثال، عندما تعمل طائرة بدون طيار على ارتفاع عالٍ، قد ترتفع درجة الحرارة المحيطة من -10 درجة مئوية إلى 30 درجة مئوية. إذا كان معامل درجة حرارة الطول الموجي لليزر الألياف 1.5 ميكرومتر هو 5 بيكومتر/درجة مئوية، فسيتذبذب الطول الموجي بمقدار 200 بيكومتر، وسيزداد خطأ قياس المسافة المقابل بمقدار 0.3 مليمتر (مستنتج من معادلة الارتباط بين الطول الموجي وسرعة الضوء). في عمليات مراقبة خطوط نقل الطاقة باستخدام الطائرات المسيّرة، تبرز الحاجة إلى قياس معايير دقيقة مثل انحناء الأسلاك والمسافة بين الخطوط. قد يؤدي عدم استقرار الطول الموجي إلى انحراف البيانات ويؤثر على تقييم سلامة الخط. يُمكن لليزر ذي الطول الموجي 1.5 ميكرومتر، الذي يستخدم تقنية تثبيت الطول الموجي، التحكم في استقرار الطول الموجي بدقة تصل إلى 1 بيكومتر/درجة مئوية، مما يضمن دقة كشف تصل إلى مستوى السنتيمتر حتى مع تغيرات درجة الحرارة.
④ تآزر المؤشرات: يُمثل هذا التآزر عامل التوازن بين الدقة والمدى في سيناريوهات الكشف الفعلية للطائرات المسيّرة، حيث لا تعمل المؤشرات بشكل مستقل، بل تربطها علاقة تعاونية أو تقييدية. على سبيل المثال، يمكن لزيادة ذروة الطاقة أن تُوسّع نطاق الكشف، ولكن من الضروري التحكم في عرض النبضة لتجنب انخفاض الدقة (يجب تحقيق توازن بين "الطاقة العالية + النبضة الضيقة" من خلال تقنية ضغط النبضات). كما يُمكن لتحسين جودة الشعاع أن يُحسّن المدى والدقة في آنٍ واحد (يُقلل تركيز الشعاع من هدر الطاقة وتداخل القياس الناتج عن تداخل البقع الضوئية على مسافات طويلة). تكمن ميزة ليزر الألياف بطول موجي 1.5 ميكرومتر في قدرته على تحقيق التحسين التآزري لـ "الطاقة العالية (1-10 كيلوواط)، وعرض النبضة الضيق (1-10 نانوثانية)، وجودة الشعاع العالية (M²<1.5)، واستقرار الطول الموجي العالي (<1 بيكومتر/درجة مئوية)" من خلال خصائص الفقد المنخفض لوسائط الألياف وتقنية تعديل النبضات. يحقق هذا إنجازًا مزدوجًا يتمثل في "المسافة الطويلة (300-500 متر) + الدقة العالية (مستوى السنتيمتر)" في الكشف عن المركبات الجوية غير المأهولة، وهو أيضًا جوهر قدرتها التنافسية في استبدال أشعة الليزر التقليدية 905 نانومتر و1064 نانومتر في مسح المركبات الجوية غير المأهولة وعمليات الإنقاذ في حالات الطوارئ وغيرها من السيناريوهات.
قابل للتخصيص
✅ متطلبات عرض النبضة الثابت وانحراف درجة حرارة عرض النبضة
✅ نوع المخرجات وفرع المخرجات
✅ نسبة تفرع الضوء المرجعية
✅ استقرار متوسط الطاقة
✅ متطلبات التوطين
تاريخ النشر: 28 أكتوبر 2025