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 تحقق هذا الإنجاز البحثي من خلال زيادة كفاءة تحويل الطاقة في بلورة KTP-OPO وتحسين خرج وحدة ليزر الصمام الثنائي لمصدر الضخ. ووفقًا لنتائج الاختبار، يلبي هذا الليزر متطلبات نطاق واسع من درجات حرارة التشغيل، من -45 درجة مئوية إلى 65 درجة مئوية، بأداء ممتاز، ليصل إلى مستوى متقدم في الصين.
جهاز قياس المسافة بالليزر النبضي هو أداة لقياس المسافات تعتمد على توجيه نبضات الليزر نحو الهدف، ويتميز بدقة عالية في تحديد المسافة، ومقاومة قوية للتداخل، وبنية مدمجة. يُستخدم هذا المنتج على نطاق واسع في القياسات الهندسية وغيرها من المجالات. وتُعدّ طريقة قياس المسافة بالليزر النبضي الأكثر شيوعًا في تطبيقات قياس المسافات الطويلة. في هذا النوع من أجهزة قياس المسافة، يُفضّل استخدام ليزر الحالة الصلبة ذي الطاقة العالية وزاوية تشتت الشعاع الصغيرة، مع استخدام تقنية Q-switching لإخراج نبضات ليزر نانوثانية.
فيما يلي الاتجاهات ذات الصلة بجهاز تحديد المدى بالليزر النبضي:
(1) جهاز تحديد المدى بالليزر الآمن للعين البشرية: يقوم المذبذب البارامتري البصري 1.57 ميكرومتر باستبدال موضع جهاز تحديد المدى بالليزر التقليدي ذي الطول الموجي 1.06 ميكرومتر تدريجيًا في غالبية مجالات تحديد المدى.
(2) جهاز تحديد المدى بالليزر عن بعد مصغر الحجم وخفيف الوزن.
مع تحسن أداء أنظمة الكشف والتصوير، تزداد الحاجة إلى أجهزة قياس المسافة بالليزر عن بُعد، القادرة على قياس أهداف صغيرة بمساحة 0.1 متر مربع على مسافة 20 كيلومترًا. لذا، من الضروري دراسة أجهزة قياس المسافة بالليزر عالية الأداء.
في السنوات الأخيرة، بذلت شركة Lumispot Tech جهودها في البحث والتصميم والإنتاج والبيع لليزر الحالة الصلبة الآمن للعين بطول موجة 1.57 ميكرومتر بزاوية تشتت شعاع صغيرة وأداء تشغيلي عالي.
قامت شركة لوميسبوت تك مؤخراً بتصميم ليزر آمن للعين بطول موجي 1.57 ميكرومتر، مبرد بالهواء، يتميز بقدرة ذروة عالية وبنية مدمجة، وذلك استجابةً للطلب العملي في أبحاث تصغير أجهزة قياس المسافة بالليزر بعيدة المدى. وبعد التجربة، أظهر هذا الليزر آفاقاً واسعة للتطبيق، وأداءً ممتازاً، وقدرة عالية على التكيف مع الظروف البيئية المختلفة ضمن نطاق واسع من درجات حرارة التشغيل يتراوح بين -40 و65 درجة مئوية.
باستخدام المعادلة التالية، مع ثبات قيمة المرجع الآخر، يمكن تحسين مسافة قياس جهاز تحديد المدى من خلال زيادة ذروة قدرة الخرج وتقليل زاوية تشتت الشعاع. ونتيجة لذلك، يُعدّ عاملان أساسيان في تحديد قدرة قياس المسافة لجهاز تحديد المدى: قيمة ذروة قدرة الخرج وزاوية تشتت الشعاع الصغيرة. كما أن تصميم الليزر المدمج ذو التبريد الهوائي هو العامل الرئيسي في تحديد قدرة قياس المسافة لجهاز تحديد المدى.
يُعدّ استخدام تقنية المذبذب البارامتري البصري (OPO) عنصرًا أساسيًا لتحقيق ليزر ذي طول موجي آمن للعين البشرية، ويشمل ذلك خيارات البلورات غير الخطية، وطريقة مطابقة الطور، وتصميم البنية الداخلية للمذبذب. يعتمد اختيار البلورة غير الخطية على معامل لا خطي كبير، وعتبة مقاومة عالية للتلف، وخصائص كيميائية وفيزيائية مستقرة، وتقنيات نمو ناضجة، مع إعطاء الأولوية لمطابقة الطور. يُنصح باختيار طريقة مطابقة طور غير حرجة بزاوية قبول كبيرة وزاوية انحراف صغيرة. يجب أن تراعي بنية تجويف المذبذب كفاءة وجودة الشعاع مع ضمان الموثوقية. يوضح منحنى تغير طول موجة خرج KTP-OPO مع زاوية مطابقة الطور أنه عند θ=90°، يمكن لضوء الإشارة أن يُخرج ليزرًا آمنًا للعين البشرية بدقة. لذلك، تُقطع البلورة المصممة من جانب واحد، وتُستخدم مطابقة الزاوية θ=90°، φ=0°، أي استخدام طريقة مطابقة الطور، حيث يكون معامل اللا خطية الفعال للبلورة في أعلى قيمة له، ولا يوجد تأثير تشتت.
استنادًا إلى دراسة شاملة للمسألة المذكورة أعلاه، وبالنظر إلى مستوى تطور تقنيات ومعدات الليزر المحلية الحالية، فإن الحل التقني الأمثل هو: يعتمد جهاز OPO تصميمًا من الفئة الثانية، وهو عبارة عن تجويف خارجي مزدوج من نوع KTP-OPO ذي توافق طوري غير حرج؛ حيث يتم توجيه موجتي KTP-OPO عموديًا في بنية ترادفية لتحسين كفاءة التحويل وموثوقية الليزر كما هو موضح فيالشكل 1فوق.
مصدر الضخ عبارة عن مصفوفة ليزر أشباه موصلات مبردة موصلة، تم تطويرها وبحثها ذاتيًا، بدورة تشغيل لا تتجاوز 2%، وقدرة ذروة تبلغ 100 واط للقضيب الواحد، وقدرة تشغيل إجمالية تبلغ 12000 واط. يشكل الموشور القائم الزاوية والمرآة العاكسة المستوية والمستقطب تجويفًا رنينيًا مطويًا مقترنًا بالاستقطاب، ويتم تدوير الموشور القائم الزاوية ولوحة الموجة للحصول على خرج اقتران الليزر المطلوب بطول موجي 1064 نانومتر. تعتمد طريقة تعديل Q على تعديل Q كهروضوئي نشط مضغوط، باستخدام بلورة KDP.
الشكل 1بلورتان من KTP موصلتان على التوالي
في هذه المعادلة، Prec هي أصغر قدرة عمل قابلة للكشف؛
Pout هي قيمة ذروة إنتاج طاقة العمل؛
D هي فتحة نظام الاستقبال البصري؛
t هي نفاذية النظام البصري؛
θ هي زاوية تشتت شعاع الليزر المنبعث؛
r هو معدل انعكاس الهدف؛
A هي مساحة المقطع العرضي المكافئة المستهدفة؛
R هو أكبر نطاق قياس؛
σ هو معامل الامتصاص الجوي.
الشكل 2: وحدة مصفوفة القضبان المقوسة الشكل عبر التطوير الذاتي،
مع وجود قضيب بلوري من نوع YAG في المنتصف.
الالشكل 2تتكون الوحدة من قضبان مقوسة الشكل، حيث تُستخدم قضبان بلورات YAG كوسيط ليزري بتركيز 1%. ولحل التناقض بين الحركة الجانبية لليزر والتوزيع المتناظر لخرجه، تم استخدام توزيع متناظر لمصفوفة الثنائيات الليزرية بزاوية 120 درجة. مصدر الضخ بطول موجي 1064 نانومتر، ويتكون من وحدتين من قضبان مصفوفة منحنية بقدرة 6000 واط موصولتين على التوالي لضخ أشباه الموصلات بشكل متسلسل. تتراوح طاقة الخرج بين 0 و250 مللي جول، بعرض نبضة يبلغ حوالي 10 نانو ثانية وتردد عالٍ 20 هرتز. يُستخدم تجويف مطوي، ويتم إخراج ليزر بطول موجي 1.57 ميكرومتر بعد بلورة KTP غير خطية مزدوجة.
الرسم البياني 3الرسم ثلاثي الأبعاد لليزر النبضي بطول موجة 1.57 ميكرومتر
الرسم البياني 4معدات أخذ العينات بالليزر النبضي بطول موجي 1.57 ميكرومتر
الرسم البياني 5:مخرج 1.57 ميكرومتر
الرسم البياني 6:كفاءة تحويل مصدر المضخة
تم تكييف قياس طاقة الليزر لقياس قدرة الخرج لنوعين من الأطوال الموجية. وفقًا للرسم البياني الموضح أدناه، كانت قيمة الطاقة الناتجة هي القيمة المتوسطة عند تردد 20 هرتز وفترة تشغيل دقيقة واحدة. تتغير الطاقة الناتجة عن ليزر بطول موجي 1.57 ميكرومتر تبعًا لطاقة مصدر الضخ بطول موجي 1064 نانومتر. عندما تساوي طاقة مصدر الضخ 220 مللي جول، تصل طاقة خرج ليزر 1.57 ميكرومتر إلى 80 مللي جول، بمعدل تحويل يصل إلى 35%. بما أن ضوء إشارة المذبذب البصري البارامتري (OPO) يتولد تحت تأثير كثافة طاقة معينة لضوء التردد الأساسي، فإن قيمة عتبته أعلى من قيمة عتبة ضوء التردد الأساسي 1064 نانومتر، وتزداد طاقة خرجه بسرعة بعد أن تتجاوز طاقة الضخ قيمة عتبة المذبذب البصري البارامتري. يوضح الشكل العلاقة بين طاقة خرج OPO وكفاءته مع طاقة خرج الضوء بتردد أساسي، ومنه يمكن ملاحظة أن كفاءة تحويل OPO يمكن أن تصل إلى 35٪.
وأخيرًا، أمكن الحصول على نبضة ليزر بطول موجي 1.57 ميكرومتر وطاقة تزيد عن 80 ملي جول وعرض نبضة ليزر 8.5 نانوثانية. تبلغ زاوية تباعد شعاع الليزر الخارج من موسع شعاع الليزر 0.3 ملي راديان. تُظهر المحاكاة والتحليلات أن قدرة قياس المدى لجهاز قياس المدى بالليزر النبضي باستخدام هذا الليزر يمكن أن تتجاوز 30 كيلومترًا.
| الطول الموجي | 1570±5 نانومتر |
| تردد التكرار | 20 هرتز |
| زاوية تشتت شعاع الليزر (تمدد الشعاع) | 0.3-0.6 ملي راديان |
| عرض النبضة | 8.5 نانوثانية |
| طاقة النبض | 80 مللي جول |
| ساعات عمل متواصلة | 5 دقائق |
| وزن | ≤1.2 كجم |
| درجة حرارة التشغيل | -40 درجة مئوية ~ 65 درجة مئوية |
| درجة حرارة التخزين | -50 درجة مئوية ~ 65 درجة مئوية |
إضافةً إلى تعزيز استثماراتها في البحث والتطوير التكنولوجي، وتطوير فريق البحث والتطوير، وتحسين نظام الابتكار التكنولوجي، تتعاون شركة لوميسبوت تك بنشاط مع مؤسسات بحثية خارجية في إطار التعاون بين الصناعة والجامعة والبحث العلمي، وقد أقامت علاقات تعاون مثمرة مع خبراء محليين بارزين في هذا المجال. وقد طورت الشركة التقنيات الأساسية والمكونات الرئيسية بشكل مستقل، كما طورت وصنعت جميع المكونات الرئيسية محليًا، وتم تصنيع جميع الأجهزة محليًا. وتواصل شركة برايت سورس ليزر تسريع وتيرة التطوير والابتكار التكنولوجي، وستواصل طرح وحدات قياس المسافة بالليزر الآمنة للعين البشرية، والتي تتميز بتكلفة أقل وموثوقية أعلى، لتلبية متطلبات السوق.
تاريخ النشر: 21 يونيو 2023