في موجة ترقية صناعة المعلومات الجغرافية للمسح ورسم الخرائط نحو الكفاءة والدقة، أصبحت ليزرات الألياف 1.5 ميكرومتر القوة الدافعة الأساسية لنمو السوق في المجالين الرئيسيين لمسح المركبات الجوية بدون طيار والمسح اليدوي، وذلك بفضل تكيفها العميق مع متطلبات المشهد. مع النمو الهائل للتطبيقات مثل المسح على ارتفاعات منخفضة ورسم الخرائط في حالات الطوارئ باستخدام الطائرات بدون طيار، بالإضافة إلى تكرار أجهزة المسح المحمولة نحو الدقة العالية وسهولة الحمل، تجاوز حجم السوق العالمية لليزرات الألياف 1.5 ميكرومتر للمسح 1.2 مليار يوان بحلول عام 2024، حيث يمثل الطلب على المركبات الجوية بدون طيار والأجهزة المحمولة أكثر من 60٪ من الإجمالي، مع الحفاظ على متوسط معدل نمو سنوي قدره 8.2٪. وراء هذا الطفرة في الطلب هو الرنين المثالي بين الأداء الفريد لنطاق 1.5 ميكرومتر والمتطلبات الصارمة للدقة والسلامة والقدرة على التكيف البيئي في سيناريوهات المسح.
1. نظرة عامة على المنتج
تعتمد سلسلة "ليزر الألياف 1.5 ميكرومتر" من Lumispot على تقنية تضخيم MOPA، التي تتميز بطاقة ذروة عالية وكفاءة تحويل كهروضوئية عالية، ونسبة منخفضة من ASE وضوضاء التأثير غير الخطية، ونطاق واسع لدرجات حرارة التشغيل، مما يجعلها مناسبة للاستخدام كمصدر لانبعاث ليزر LiDAR. في أنظمة المساحة مثل LiDAR و LiDAR، يُستخدم ليزر ألياف 1.5 ميكرومتر كمصدر أساسي لانبعاث الضوء، وتحدد مؤشرات أدائه بشكل مباشر دقة ومدى الكشف. يرتبط أداء هذين البعدين ارتباطًا مباشرًا بكفاءة وموثوقية الطائرات بدون طيار في مسح التضاريس، والتعرف على الأهداف، ودوريات خطوط الكهرباء، وغيرها من السيناريوهات. من منظور قوانين الإرسال الفيزيائية ومنطق معالجة الإشارات، تُعد المؤشرات الأساسية الثلاثة: طاقة الذروة، وعرض النبضة، واستقرار الطول الموجي، متغيرات رئيسية تؤثر على دقة الكشف ومداه. يمكن تحليل آلية عملها من خلال سلسلة كاملة من "إرسال الإشارة، الإرسال الجوي، انعكاس الهدف، استقبال الإشارة".
2. مجالات التطبيق
في مجال المسح الجوي ورسم الخرائط للطائرات بدون طيار، ازداد الطلب على ليزرات الألياف بطول 1.5 ميكرومتر بشكل كبير نظرًا لدقتها في تحديد نقاط الضعف في العمليات الجوية. تخضع منصة الطائرات بدون طيار لقيود صارمة على حجم الحمولة ووزنها واستهلاكها للطاقة، بينما يُمكّن التصميم الهيكلي المدمج وخفة وزن ليزر الألياف بطول 1.5 ميكرومتر من ضغط وزن نظام الرادار الليزري إلى ثلث وزن المعدات التقليدية، مما يُتيح التكيف بشكل مثالي مع أنواع مختلفة من نماذج الطائرات بدون طيار، مثل الطائرات متعددة الدوارات والطائرات ذات الأجنحة الثابتة. والأهم من ذلك، يقع هذا النطاق ضمن نطاق "النافذة الذهبية" للانتقال الجوي. وبالمقارنة مع ليزر 905 نانومتر الشائع الاستخدام، ينخفض توهين انتقاله بأكثر من 40% في ظل ظروف جوية معقدة، مثل الضباب والغبار. بفضل قوته القصوى التي تصل إلى كيلوواط، يمكنه تحقيق مسافة كشف تزيد عن 250 مترًا للأهداف ذات انعكاسية 10%، مما يحل مشكلة "عدم وضوح الرؤية وقياس المسافة" للطائرات المسيرة أثناء عمليات المسح في المناطق الجبلية والصحاري وغيرها. في الوقت نفسه، تُمكّن ميزاته الممتازة لسلامة العين البشرية - التي تتيح قوة ذروة تزيد عن 10 أضعاف قوة ليزر 905 نانومتر - الطائرات المسيرة من العمل على ارتفاعات منخفضة دون الحاجة إلى أجهزة حماية إضافية، مما يُحسّن بشكل كبير من سلامة ومرونة المناطق المأهولة، مثل مسح المدن ورسم الخرائط الزراعية.
في مجال المسح ورسم الخرائط المحمولة، يرتبط الطلب المتزايد على ليزرات الألياف بطول 1.5 ميكرومتر ارتباطًا وثيقًا بالمتطلبات الأساسية لسهولة حمل الجهاز ودقته العالية. تحتاج معدات المسح المحمولة الحديثة إلى الموازنة بين قابليتها للتكيف مع المشاهد المعقدة وسهولة التشغيل. يُمكّن انخفاض مستوى الضوضاء وجودة شعاع ليزرات الألياف بطول 1.5 ميكرومتر الماسحات الضوئية المحمولة من تحقيق دقة قياس بمستوى الميكرومتر، مما يلبي متطلبات الدقة العالية مثل رقمنة الآثار الثقافية وكشف المكونات الصناعية. وبالمقارنة مع ليزرات 1.064 ميكرومتر التقليدية، فإن قدرتها على مقاومة التداخل تتحسن بشكل ملحوظ في البيئات الخارجية ذات الإضاءة القوية. وبفضل خصائص القياس غير التلامسية، 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. والأمر الأكثر أهمية هو أن تصميم التغليف المدمج يمكن دمجه في الأجهزة المحمولة التي يقل وزنها عن 500 جرام، مع نطاق واسع لدرجة الحرارة من -30 درجة مئوية إلى +60 درجة مئوية، مما يتكيف بشكل مثالي مع احتياجات العمليات متعددة السيناريوهات مثل المسوحات الميدانية وعمليات تفتيش ورش العمل.
من منظور دورها الأساسي، أصبحت ليزرات الألياف بطول 1.5 ميكرومتر جهازًا رئيسيًا لإعادة تشكيل قدرات المسح. ففي مسح الطائرات بدون طيار، تُعدّ بمثابة "قلب" رادار الليزر، حيث تحقق دقة في تحديد النطاق بالسنتيمتر من خلال إخراج نبضات النانو ثانية، وتوفر بيانات سحابة نقطية عالية الكثافة لنمذجة التضاريس ثلاثية الأبعاد وكشف الأجسام الغريبة في خطوط الطاقة، مما يُحسّن كفاءة مسح الطائرات بدون طيار بأكثر من ثلاثة أضعاف مقارنةً بالطرق التقليدية. وفي سياق مسح الأراضي الوطني، يُمكن لقدراتها على الكشف بعيد المدى تحقيق مسح فعال لمساحة 10 كيلومترات مربعة لكل رحلة، مع التحكم في أخطاء البيانات في حدود 5 سنتيمترات. وفي مجال المسح اليدوي، تُمكّن الأجهزة من تحقيق تجربة تشغيلية "مسح واستخراج": ففي مجال حماية التراث الثقافي، يمكنها التقاط تفاصيل نسيج سطح الآثار الثقافية بدقة وتوفير نماذج ثلاثية الأبعاد بمستوى المليمتر للأرشفة الرقمية. وفي الهندسة العكسية، يُمكن الحصول بسرعة على البيانات الهندسية للمكونات المعقدة، مما يُسرّع من تكرار تصميم المنتج. 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 بعد وقوع الزلازل والفيضانات والكوارث الأخرى، مما يُوفر دعمًا بالغ الأهمية لاتخاذ قرارات الإنقاذ. من المسوحات الجوية واسعة النطاق إلى المسح الأرضي الدقيق، يُسهم ليزر الألياف 1.5 ميكرومتر في دفع قطاع المساحة نحو عصر جديد من "الدقة والكفاءة العالية".
3. المزايا الأساسية
جوهر نطاق الكشف هو أبعد مسافة يمكن للفوتونات المنبعثة من الليزر عندها التغلب على التوهين الجوي وفقدان انعكاس الهدف، مع استمرار التقاطها من قِبل الطرف المُستقبِل كإشارات فعالة. تُهيمن المؤشرات التالية لليزر المصدر الساطع (1.5 ميكرومتر) على هذه العملية بشكل مباشر:
① ذروة الطاقة (كيلوواط): 3 كيلوواط قياسي عند 3 نانوثانية و100 كيلوهرتز؛ المنتج المُحسّن 8 كيلوواط عند 3 نانوثانية و100 كيلوهرتز هو "المحرك الأساسي" لنطاق الكشف، ويمثل الطاقة اللحظية التي يُطلقها الليزر في نبضة واحدة، وهو العامل الرئيسي الذي يُحدد قوة الإشارات بعيدة المدى. في رصد الطائرات بدون طيار، تحتاج الفوتونات إلى قطع مئات أو حتى آلاف الأمتار عبر الغلاف الجوي، مما قد يُسبب توهينًا بسبب تشتت رايلي وامتصاص الهباء الجوي (على الرغم من أن نطاق 1.5 ميكرومتر ينتمي إلى "نافذة الغلاف الجوي"، إلا أنه لا يزال هناك توهين متأصل). في الوقت نفسه، قد يؤدي انعكاس سطح الهدف (مثل اختلافات الغطاء النباتي والمعادن والصخور) إلى فقدان الإشارة. عندما يتم زيادة الطاقة القصوى، حتى بعد التوهين لمسافات طويلة وفقدان الانعكاس، فإن عدد الفوتونات التي تصل إلى الطرف المستقبل لا يزال بإمكانه تلبية "عتبة نسبة الإشارة إلى الضوضاء"، وبالتالي توسيع نطاق الكشف - على سبيل المثال، عن طريق زيادة الطاقة القصوى لليزر الألياف 1.5 ميكرومتر من 1 كيلو واط إلى 5 كيلو واط، في ظل نفس الظروف الجوية، يمكن تمديد نطاق الكشف عن أهداف الانعكاسية 10٪ من 200 متر إلى 350 مترًا، مما يحل بشكل مباشر نقطة الألم المتمثلة في "عدم القدرة على القياس بعيدًا" في سيناريوهات المسح واسعة النطاق مثل المناطق الجبلية والصحاري للطائرات بدون طيار.
② عرض النبضة (ns): قابل للتعديل من 1 إلى 10ns. يتميز المنتج القياسي بانحراف درجة حرارة عرض النبضة عند درجة الحرارة الكاملة (-40~85 درجة مئوية) ≤ 0.5ns؛ ويمكنه أيضًا الوصول إلى انحراف درجة حرارة عرض النبضة عند درجة الحرارة الكاملة (-40~85 درجة مئوية) ≤ 0.2ns. هذا المؤشر هو "المقياس الزمني" لدقة المسافة، ويمثل مدة نبضات الليزر. مبدأ حساب المسافة لاكتشاف الطائرات بدون طيار هو "المسافة = (سرعة الضوء × زمن رحلة النبضة ذهابًا وإيابًا) / 2"، وبالتالي فإن عرض النبضة يحدد مباشرةً "دقة قياس الوقت". عند تقليل عرض النبضة، تزداد "حدة وقت" النبضة، وينخفض خطأ التوقيت بين "زمن انبعاث النبضة" و"زمن استقبال النبضة المنعكسة" عند الطرف المستقبل بشكل ملحوظ.
③ استقرار الطول الموجي: ضمن نطاق 1 ميكرومتر/درجة مئوية، يُعد عرض الخط عند درجة حرارة كاملة تبلغ 0.128 نانومتر "مثبت الدقة" في ظل التداخل البيئي، ونطاق تذبذب 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 "قياس التداخل" لتحسين الدقة، وقد تُسبب تقلبات الطول الموجي انحرافًا مباشرًا عن معيار القياس - على سبيل المثال، عند تشغيل طائرة بدون طيار على ارتفاعات عالية، قد ترتفع درجة الحرارة المحيطة من -10 درجات مئوية إلى 30 درجة مئوية. إذا كان معامل درجة حرارة الطول الموجي لليزر الليفي 1.5 ميكرومتر 5 ميكرومتر/درجة مئوية، فسيتذبذب الطول الموجي بمقدار 200 ميكرومتر، وسيزداد خطأ قياس المسافة المقابل بمقدار 0.3 مليمتر (مشتق من معادلة الارتباط بين الطول الموجي وسرعة الضوء). في دوريات خطوط الكهرباء التي تستخدمها الطائرات بدون طيار، يجب قياس معلمات دقيقة مثل ترهل الأسلاك والمسافة بين الخطوط. قد يؤدي عدم استقرار الطول الموجي إلى انحراف البيانات والتأثير على تقييم سلامة الخطوط؛ يمكن لجهاز الليزر 1.5 ميكرومتر، باستخدام تقنية تثبيت الطول الموجي، التحكم في استقرار الطول الموجي ضمن نطاق 1 ميكرومتر/درجة مئوية، مما يضمن دقة الكشف بالسنتيمتر حتى في ظل تغيرات درجة الحرارة.
④ تآزر المؤشرات: يُمثل "الموازنة" بين الدقة والمدى في سيناريوهات كشف الطائرات بدون طيار الفعلية، حيث لا تعمل المؤشرات بشكل مستقل، بل ترتبط بعلاقة تعاونية أو تقييدية. على سبيل المثال، يمكن لزيادة ذروة الطاقة أن توسع نطاق الكشف، ولكن من الضروري التحكم في عرض النبضة لتجنب انخفاض الدقة (يجب تحقيق توازن بين "الطاقة العالية والنبضة الضيقة" من خلال تقنية ضغط النبضات)؛ كما أن تحسين جودة الشعاع يُحسّن المدى والدقة في آنٍ واحد (حيث يُقلل تركيز الشعاع من هدر الطاقة وتداخل القياس الناتج عن تداخل بقع الضوء على مسافات طويلة). تكمن ميزة ليزر الألياف بطول موجة 1.5 ميكرومتر في قدرته على تحقيق تحسين تآزري لـ "ذروة الطاقة العالية (1-10 كيلوواط)، وعرض النبضة الضيق (1-10 نانوثانية)، وجودة الشعاع العالية (M²<1.5)، واستقرار الطول الموجي العالي (<1 ميكرومتر/درجة مئوية)" من خلال خصائص انخفاض الفقد في وسائط الألياف وتقنية تعديل النبضات. يحقق هذا اختراقًا مزدوجًا يتمثل في "مسافة طويلة (300-500 متر) + دقة عالية (مستوى السنتيمتر)" في اكتشاف المركبات الجوية غير المأهولة، وهو أيضًا جوهر قدرته التنافسية في استبدال الليزر التقليدي 905 نانومتر و1064 نانومتر في مسح المركبات الجوية غير المأهولة والإنقاذ في حالات الطوارئ وغيرها من السيناريوهات.
قابلة للتخصيص
✅ متطلبات عرض النبضة الثابتة وانحراف درجة حرارة عرض النبضة
✅ نوع الإخراج وفرع الإخراج
✅ نسبة تقسيم فرع الضوء المرجعي
✅ استقرار متوسط الطاقة
✅ طلب التوطين
وقت النشر: ٢٨ أكتوبر ٢٠٢٥