نجحت شركة لوميسبوت للتكنولوجيا المحدودة، بعد سنوات من البحث والتطوير، في تطوير ليزر نبضي صغير الحجم وخفيف الوزن، بطاقة 80 مللي جول، وتردد تكرار 20 هرتز، وطول موجي آمن للعين البشرية يبلغ 1.57 ميكرومتر. وقد تحققت هذه النتيجة البحثية من خلال زيادة كفاءة معالجة KTP-OPO وتحسين خرج وحدة ليزر الصمام الثنائي لمصدر المضخة. ووفقًا لنتائج الاختبار، يلبي هذا الليزر متطلبات درجة حرارة التشغيل الشاملة من -45 درجة مئوية إلى 65 درجة مئوية بأداء ممتاز، ليصل إلى مستوى متقدم في الصين.
جهاز قياس المسافات بالليزر النبضي هو جهاز قياس مسافات يتميز بنبضات ليزر موجهة نحو الهدف، مع دقة عالية في تحديد المدى، ومقاومة قوية للتداخل، وهيكل مدمج. يُستخدم هذا المنتج على نطاق واسع في القياسات الهندسية وغيرها من المجالات. وتُستخدم طريقة تحديد المدى بالليزر النبضي على نطاق واسع في تطبيقات القياس لمسافات طويلة. في هذا الجهاز، يُفضل استخدام ليزر الحالة الصلبة عالي الطاقة وزاوية تشتت الشعاع الصغيرة، باستخدام تقنية التبديل Q لإخراج نبضات ليزر النانو ثانية.
الاتجاهات ذات الصلة بجهاز تحديد المدى بالليزر النبضي هي كما يلي:
(1) جهاز تحديد المدى بالليزر آمن للعين البشرية: يعمل المذبذب البصري البارامتري الذي يبلغ طوله الموجي 1.57 ميكرومتر على استبدال موضع جهاز تحديد المدى بالليزر التقليدي بطول موجي 1.06 ميكرومتر تدريجيًا في غالبية مجالات تحديد المدى.
(2) جهاز قياس المسافات بالليزر عن بعد مصغر الحجم وخفيف الوزن.
مع تحسّن أداء أنظمة الكشف والتصوير، تبرز الحاجة إلى أجهزة قياس مدى ليزرية عن بُعد قادرة على قياس أهداف صغيرة بمساحة 0.1 متر مربع على مسافة 20 كم. لذلك، من الضروري دراسة أجهزة قياس المدى الليزرية عالية الأداء.
في السنوات الأخيرة، بذلت شركة Lumispot Tech جهودًا في البحث والتصميم والإنتاج وبيع ليزر الحالة الصلبة الآمن للعين بطول موجة 1.57 ميكرومتر وزاوية تشتت الشعاع الصغيرة والأداء التشغيلي العالي.
في الآونة الأخيرة، قامت شركة Lumispot Tech بتصميم ليزر مبرد بالهواء بطول موجي آمن للعين يبلغ 1.57 ميكرومتر مع طاقة ذروة عالية وهيكل مضغوط، نتيجة للطلب العملي داخل البحث عن مقياس مدى الليزر لمسافات طويلة. بعد التجربة، أظهر هذا الليزر آفاق تطبيق واسعة، يمتلك أداءً ممتازًا، وقدرة قوية على التكيف البيئي في نطاق واسع من درجة حرارة العمل من -40 إلى 65 درجة مئوية،
من خلال المعادلة التالية، ومع ثبات كمية مرجعية أخرى، يمكن تحسين مسافة قياس جهاز تحديد المدى من خلال تحسين قدرة خرج الذروة وتقليل زاوية تشتت الشعاع. ونتيجةً لذلك، يُعدّ العاملان: قيمة قدرة خرج الذروة وزاوية تشتت الشعاع الصغيرة، والليزر المدمج ذو الهيكل المُبرّد بالهواء، العاملَين الرئيسيين في تحديد قدرة جهاز تحديد المدى المُحدد على قياس المسافة.
الجزء الرئيسي لتحقيق الليزر بطول موجي آمن للعين البشرية هو تقنية المذبذب البارامتري البصري (OPO)، بما في ذلك خيار البلورة غير الخطية وطريقة مطابقة الطور وتصميم هيكل OPO الداخلي. يعتمد اختيار البلورة غير الخطية على معامل غير خطي كبير وعتبة مقاومة عالية للتلف وخصائص كيميائية وفيزيائية مستقرة وتقنيات النمو الناضج وما إلى ذلك، يجب أن تكون مطابقة الطور لها الأولوية. حدد طريقة مطابقة طور غير حرجة بزاوية قبول كبيرة وزاوية مغادرة صغيرة؛ يجب أن يأخذ هيكل تجويف OPO في الاعتبار الكفاءة وجودة الشعاع على أساس ضمان الموثوقية. منحنى التغيير لطول موجة خرج KTP-OPO مع زاوية مطابقة الطور، عندما تكون θ = 90 درجة، يمكن لضوء الإشارة إخراج ليزر آمن للعين البشرية بدقة. لذلك، يتم قطع البلورة المصممة على طول جانب واحد، وتستخدم مطابقة الزاوية θ = 90 درجة، φ = 0 درجة، أي استخدام طريقة مطابقة الفئة، عندما يكون معامل غير خطي فعال للبلورة هو الأكبر ولا يوجد تأثير تشتت.
بناءً على دراسة شاملة للمشكلة المذكورة أعلاه، جنبًا إلى جنب مع مستوى تطوير تقنية الليزر والمعدات المحلية الحالية، فإن الحل الفني الأمثل هو: يعتمد OPO على تصميم KTP-OPO ثنائي التجويف الخارجي غير الحرج من الفئة الثانية؛ حيث يتم وضع 2 KTP-OPO عموديًا في هيكل مترادف لتحسين كفاءة التحويل وموثوقية الليزر كما هو موضح فيالشكل 1فوق.
مصدر المضخة هو مصفوفة ليزر أشباه الموصلات المبردة والموصلة، التي طورتها وبحثتها ذاتيًا، بدورة عمل لا تتجاوز 2%، وطاقة ذروة 100 واط للشريط الواحد، وطاقة تشغيل إجمالية تبلغ 12000 واط. يُشكل المنشور القائم الزاوية، والمرآة العاكسة بالكامل المستوية، والمستقطب تجويفًا رنينيًا مطويًا لإخراج اقتران الاستقطاب، ويُدار المنشور القائم الزاوية ولوحة الموجة للحصول على خرج اقتران الليزر المطلوب بطول موجة 1064 نانومتر. طريقة تعديل Q هي تعديل Q كهروضوئي نشط مضغوط يعتمد على بلورة KDP.
الشكل 1بلورتان KTP متصلتان على التوالي
في هذه المعادلة، Prec هي أصغر قوة عمل يمكن اكتشافها؛
Pout هي قيمة ذروة إنتاج قوة العمل؛
D هي فتحة النظام البصري المستقبل؛
t هو نفاذية النظام البصري؛
θ هي زاوية تشتت شعاع الليزر المنبعث؛
r هو معدل انعكاس الهدف؛
أ هي مساحة المقطع العرضي المكافئة المستهدفة؛
R هو أكبر نطاق قياس؛
σ هو معامل الامتصاص الجوي.
الشكل 2:وحدة مصفوفة الشريط على شكل قوس من خلال التطوير الذاتي،
مع قضيب بلورة YAG في المنتصف.
الالشكل 2تتكون هذه التقنية من أكوام قضبان مقوسة الشكل، مع وضع قضبان بلورة YAG كوسيط ليزر داخل الوحدة، بتركيز 1%. ولحل التناقض بين حركة الليزر الجانبية والتوزيع المتماثل لخرج الليزر، استُخدم توزيع متماثل لمصفوفة LD بزاوية 120 درجة. مصدر المضخة هو وحدتا قضبان منحنية بمصفوفة بطول موجي 1064 نانومتر، بقدرة 6000 واط، تعملان على ضخ متتالي لأشباه الموصلات. تتراوح طاقة الخرج بين 0 و250 مللي جول، مع عرض نبضة يبلغ حوالي 10 نانوثانية وتردد عالٍ يبلغ 20 هرتز. يُستخدم تجويف مطوي، ويُخرج ليزر بطول موجي 1.57 ميكرومتر بعد بلورة KTP غير خطية مترادفة.
الرسم البياني 3الرسم الأبعادي لليزر النبضي بطول موجي 1.57 ميكرومتر
الرسم البياني 4جهاز أخذ العينات بالليزر النبضي بطول موجي 1.57 ميكرومتر
الرسم البياني رقم 5:خرج 1.57 ميكرومتر
الرسم البياني 6:كفاءة التحويل لمصدر المضخة
تكييف قياس طاقة الليزر لقياس طاقة الخرج لنوعين من الطول الموجي على التوالي. وفقًا للرسم البياني الموضح أدناه، كانت نتيجة قيمة الطاقة هي متوسط القيمة العاملة تحت 20 هرتز مع فترة عمل دقيقة واحدة. من بينها، فإن الطاقة التي يولدها ليزر بطول موجي 1.57 ميكرومتر لها تغيير تالي مع علاقة طاقة مصدر مضخة الطول الموجي 1064 نانومتر. عندما تساوي طاقة مصدر المضخة 220 مللي جول، فإن طاقة خرج ليزر بطول موجي 1.57 ميكرومتر قادرة على تحقيق 80 مللي جول، مع معدل تحويل يصل إلى 35٪. نظرًا لأن ضوء إشارة OPO يتم توليده تحت تأثير كثافة طاقة معينة لضوء التردد الأساسي، فإن قيمة عتبة الضوء أعلى من قيمة عتبة ضوء التردد الأساسي 1064 نانومتر، وتزداد طاقة خرجه بسرعة بعد أن تتجاوز طاقة الضخ قيمة عتبة OPO. العلاقة بين طاقة خرج OPO وكفاءتها مع طاقة خرج الضوء ذات التردد الأساسي موضحة في الشكل، ومن الممكن أن نرى أن كفاءة تحويل OPO يمكن أن تصل إلى 35%.
أخيرًا، يمكن تحقيق خرج نبضة ليزر بطول موجي 1.57 ميكرومتر مع طاقة أكبر من 80 مللي جول وعرض نبضة ليزر 8.5 نانوثانية. زاوية تباعد شعاع الليزر الناتج من خلال موسع شعاع الليزر هي 0.3 ملي راد. تظهر المحاكاة والتحليل أن قدرة قياس المدى لجهاز تحديد المدى بالليزر النبضي باستخدام هذا الليزر يمكن أن تتجاوز 30 كم.
| الطول الموجي | 1570±5 نانومتر |
| تردد التكرار | 20 هرتز |
| زاوية تشتت شعاع الليزر (تمدد الشعاع) | 0.3-0.6 ملي راد |
| عرض النبضة | 8.5 نانوثانية |
| طاقة النبض | 80 مللي جول |
| ساعات العمل المستمرة | 5 دقائق |
| وزن | ≤1.2 كجم |
| درجة حرارة العمل | -40 درجة مئوية ~ 65 درجة مئوية |
| درجة حرارة التخزين | -50 درجة مئوية ~ 65 درجة مئوية |
بالإضافة إلى تحسين استثماراتها في البحث والتطوير التكنولوجي، وتعزيز بناء فريق البحث والتطوير، وتطوير نظام الابتكار في هذا المجال، تتعاون شركة Lumispot Tech بنشاط مع مؤسسات بحثية خارجية في قطاعات الصناعة والجامعات والبحوث، وأقامت علاقات تعاون متينة مع خبراء الصناعة المحليين المعروفين. طُوّرت التكنولوجيا الأساسية والمكونات الرئيسية بشكل مستقل، وصُنعت جميع المكونات الرئيسية بشكل مستقل، وتم توطين جميع الأجهزة. تواصل Bright Source Laser تسريع وتيرة تطوير التكنولوجيا والابتكار، وستواصل طرح وحدات قياس مدى ليزرية آمنة للعين البشرية بتكلفة أقل وموثوقية أكبر لتلبية طلب السوق.
وقت النشر: ٢١ يونيو ٢٠٢٣