طاقة النبض لـ Er: أجهزة إرسال الليزر الزجاجية

في مجالات تحديد المدى بالليزر، وتحديد الأهداف، وتقنية الليدار، أصبحت أجهزة إرسال ليزر الإربيوم الزجاجي (Er:Glass) من أكثر أنواع الليزر الصلب استخدامًا في نطاق الأشعة تحت الحمراء المتوسطة، وذلك بفضل سلامتها الممتازة على العين وتصميمها المدمج. ومن بين معايير أدائها، تلعب طاقة النبضة دورًا حاسمًا في تحديد قدرة الكشف، ومدى التغطية، واستجابة النظام بشكل عام. تقدم هذه المقالة تحليلًا معمقًا لطاقة نبضة أجهزة إرسال ليزر الإربيوم الزجاجي.

1. ما هي طاقة النبض؟

تشير طاقة النبضة إلى كمية الطاقة المنبعثة من الليزر في كل نبضة، وتُقاس عادةً بالملي جول (mJ). وهي حاصل ضرب القدرة القصوى في مدة النبضة: E = P_قمة×τحيث: E هي طاقة النبضة، P_قمة هي ذروة الطاقة،τ هو عرض النبضة.

بالنسبة لأشعة الليزر الزجاجية الإربيوم النموذجية التي تعمل عند 1535 نانومتر—طول موجي ضمن النطاق الآمن للعين من الفئة 1—يمكن تحقيق طاقة نبضية عالية مع الحفاظ على السلامة، مما يجعلها مناسبة بشكل خاص للتطبيقات المحمولة والخارجية.

2. نطاق طاقة النبض لـ Er: الليزر الزجاجي

اعتمادًا على التصميم وطريقة الضخ والتطبيق المقصود، توفر أجهزة إرسال ليزر الإربيوم الزجاجي التجارية طاقة نبضة واحدة تتراوح من عشرات الميكروجول (μJ) إلى عدة عشرات من الميلي جول (mJ).

بشكل عام، تتراوح طاقة نبضات أجهزة إرسال الليزر المصنوعة من زجاج الإربيوم المستخدمة في وحدات تحديد المدى المصغرة من 0.1 إلى 1 ملي جول. أما بالنسبة لأجهزة تحديد الأهداف بعيدة المدى، فيتطلب الأمر عادةً من 5 إلى 20 ملي جول، بينما قد تتجاوز الأنظمة العسكرية أو الصناعية 30 ملي جول، وغالبًا ما تستخدم هياكل تضخيم ثنائية القضبان أو متعددة المراحل لتحقيق خرج أعلى.

تؤدي طاقة النبضة الأعلى عمومًا إلى أداء كشف أفضل، خاصة في ظل الظروف الصعبة مثل إشارات العودة الضعيفة أو التداخل البيئي على مسافات طويلة.

3. العوامل المؤثرة على طاقة النبضة

①أداء مصدر المضخة

تُضخ ليزرات الإربيوم:الزجاج عادةً بواسطة ثنائيات الليزر أو مصابيح الوميض. توفر ثنائيات الليزر كفاءة أعلى وحجمًا أصغر، لكنها تتطلب تحكمًا دقيقًا في درجة الحرارة ودائرة التشغيل.

٢تركيز المنشطات وطول القضيب

تختلف المواد المضيفة المختلفة مثل Er:YSGG أو Er:Yb:Glass في مستويات التطعيم وأطوال الكسب، مما يؤثر بشكل مباشر على سعة تخزين الطاقة.

③تقنية التبديل السريع Q

يُبسط التبديل السلبي للجودة (كما في بلورات Cr:YAG) البنية، ولكنه يوفر دقة تحكم محدودة. أما التبديل النشط للجودة (كما في خلايا بوكلز) فيوفر استقرارًا أعلى وتحكمًا أفضل في الطاقة.

④إدارة الحرارة

عند طاقات النبض العالية، يعد تبديد الحرارة الفعال من قضيب الليزر وهيكل الجهاز أمرًا ضروريًا لضمان استقرار الإخراج وطول عمره.

4. مطابقة طاقة النبض مع سيناريوهات التطبيق

يعتمد اختيار جهاز إرسال الليزر المناسب المصنوع من زجاج الإربيوم بشكل كبير على التطبيق المقصود. فيما يلي بعض حالات الاستخدام الشائعة وتوصيات طاقة النبضات المقابلة:

①أجهزة قياس المسافة بالليزر المحمولة باليد

الميزات: تصميم صغير الحجم، استهلاك منخفض للطاقة، قياسات قصيرة المدى عالية التردد

طاقة النبض الموصى بها: 0.5–1 ملي جول

٢تحديد مدى الطائرات بدون طيار / تجنب العوائق

الميزات: مدى متوسط ​​إلى طويل، استجابة سريعة، خفيف الوزن

طاقة النبض الموصى بها: 1–5 ملي جول

③محددات الأهداف العسكرية

الميزات: قدرة اختراق عالية، مقاومة قوية للتداخل، توجيه ضربات بعيد المدى

الطاقة النبضية الموصى بها: 10–30 مللي جول

④أنظمة الليدار

الميزات: معدل تكرار عالٍ، مسح ضوئي أو توليد سحابة نقاط

طاقة النبض الموصى بها: 0.1–10 ملي جول

5. التوجهات المستقبلية: الطاقة العالية والتغليف المدمج

مع التطورات المستمرة في تقنية تطعيم الزجاج، وهياكل المضخات، والمواد الحرارية، تتطور أجهزة إرسال ليزر الإربيوم:الزجاج نحو الجمع بين الطاقة العالية، ومعدل التكرار العالي، والتصغير. على سبيل المثال، يمكن للأنظمة التي تدمج التضخيم متعدد المراحل مع تصميمات التبديل النشط Q أن توفر الآن أكثر من 30 مللي جول لكل نبضة مع الحفاظ على حجم صغير.—مثالي للقياس بعيد المدى وتطبيقات الدفاع عالية الموثوقية.

6. الخاتمة

تُعدّ طاقة النبضة مؤشر أداء رئيسي لتقييم واختيار أجهزة إرسال ليزر الإربيوم الزجاجي (Er:Glass) بناءً على متطلبات التطبيق. ومع استمرار تطور تقنيات الليزر، يُمكن للمستخدمين تحقيق إنتاج طاقة أعلى ومدى أوسع في أجهزة أصغر حجمًا وأكثر كفاءة في استهلاك الطاقة. بالنسبة للأنظمة التي تتطلب أداءً بعيد المدى، وسلامة العين، وموثوقية تشغيلية، يُعدّ فهم واختيار نطاق طاقة النبضة المناسب أمرًا بالغ الأهمية لتعظيم كفاءة النظام وقيمته.

إذا كنت'إذا كنت تبحث عن أجهزة إرسال ليزر عالية الأداء من نوع Er:Glass، فلا تتردد في الاتصال بنا. نقدم مجموعة متنوعة من الطرازات بمواصفات طاقة نبضية تتراوح من 0.1 ملي جول إلى أكثر من 30 ملي جول، وهي مناسبة لمجموعة واسعة من التطبيقات في تحديد المدى بالليزر، وتقنية LiDAR، وتحديد الأهداف.