Selon le mécanisme de génération différent des lasers infrarouges à ondes courtes, il existe trois types de lasers infrarouges à ondes courtes, à savoir les lasers à semi-conducteurs, les lasers à fibre et les lasers à semi-conducteurs.Parmi eux, les lasers à semi-conducteurs peuvent être divisés en lasers à semi-conducteurs basés sur une conversion de longueur d'onde optique non linéaire et en lasers à semi-conducteurs qui génèrent directement des lasers infrarouges à ondes courtes à partir de matériaux de travail laser.
Les lasers à semi-conducteurs utilisent des matériaux semi-conducteurs comme matériaux de travail laser, et la longueur d'onde du laser de sortie est déterminée par la bande interdite des matériaux semi-conducteurs.Avec le développement de la science des matériaux, les bandes d'énergie des matériaux semi-conducteurs peuvent être adaptées à une plus large gamme de longueurs d'onde laser grâce à l'ingénierie des bandes d'énergie.Par conséquent, plusieurs longueurs d'onde laser infrarouge à ondes courtes peuvent être obtenues avec des lasers à semi-conducteurs.
Le matériau de travail laser typique du laser à semi-conducteur infrarouge à ondes courtes est un matériau au phosphore.Par exemple, un laser à semi-conducteur au phosphure d'indium avec une taille d'ouverture de 95 μm a des longueurs d'onde laser de sortie de 1,55 μm et 1,625 μm, et la puissance a atteint 1,5 W.
Le laser à fibre utilise une fibre de verre dopée aux terres rares comme support laser et un laser à semi-conducteur comme source de pompage.Il présente d'excellentes caractéristiques telles qu'un seuil bas, une efficacité de conversion élevée, une bonne qualité de faisceau de sortie, une structure simple et une fiabilité élevée.Il peut également tirer parti du large spectre du rayonnement des ions de terres rares pour former un laser à fibre accordable en ajoutant des éléments optiques sélectifs tels que des réseaux dans le résonateur laser.Les lasers à fibre sont devenus une direction importante dans le développement de la technologie laser.
1.Laser à l'état solide
Les supports de gain laser à semi-conducteurs qui peuvent générer directement des lasers infrarouges à ondes courtes sont principalement des cristaux et des céramiques Er: YAG et du verre dopé à l'Er.Le laser à semi-conducteurs basé sur le cristal et la céramique Er:YAG peut produire directement un laser infrarouge à ondes courtes de 1,645 μm, qui est un point chaud dans la recherche du laser infrarouge à ondes courtes ces dernières années [3-5].À l'heure actuelle, l'énergie d'impulsion des lasers Er:YAG utilisant la commutation Q électro-optique ou acousto-optique a atteint quelques dizaines de mJ, une largeur d'impulsion de dizaines de ns et une fréquence de répétition de dizaines à milliers de Hz.Si un laser à semi-conducteur de 1,532 μm est utilisé comme source de pompage, il aura de grands avantages dans le domaine de la reconnaissance active laser et des contre-mesures laser, en particulier son effet furtif sur les dispositifs d'avertissement laser typiques.
Le laser à verre Er a une structure compacte, un faible coût, un poids léger et peut réaliser un fonctionnement Q-switch.C'est la source de lumière préférée pour la détection active du laser infrarouge à ondes courtes.Cependant, en raison des quatre défauts des matériaux en verre Er : premièrement, la longueur d'onde centrale du spectre d'absorption est de 940 nm ou 976 nm, ce qui rend le pompage de la lampe difficile à réaliser ;Deuxièmement, la préparation des matériaux en verre Er est difficile et il n'est pas facile de réaliser de grandes tailles ;Troisièmement, verre Er Le matériau a de mauvaises propriétés thermiques et il n'est pas facile d'obtenir un fonctionnement à fréquence répétitive pendant une longue période, sans parler d'un fonctionnement continu;quatrièmement, il n'y a pas de matériau de commutation Q approprié.Bien que la recherche du laser infrarouge à ondes courtes basé sur le verre Er ait toujours attiré l'attention des gens, pour les quatre raisons ci-dessus, aucun produit n'est sorti.Jusqu'en 1990, avec l'émergence des barres laser à semi-conducteurs de longueurs d'onde de 940 nm et 980 nm, et l'émergence de matériaux d'absorption saturés tels que Co2+:MgAl2O4 (aluminate de magnésium dopé au cobalt), les deux principaux goulots d'étranglement de la source de pompe et du Q-switching étaient cassés.La recherche sur les lasers à verre s'est développée rapidement.Surtout ces dernières années, le module laser miniature en verre Er de mon pays, qui intègre une source de pompe à semi-conducteur, un verre Er et une cavité résonnante, ne pèse pas plus de 10 g et a une petite capacité de production par lots de modules de puissance de crête de 50 kW.Cependant, en raison des mauvaises performances thermiques du matériau en verre Er, la fréquence de répétition du module laser est encore relativement faible.La fréquence laser du module 50 kW n'est que de 5 Hz et la fréquence laser maximale du module 20 kW est de 10 Hz, ce qui ne peut être utilisé que dans des applications à basse fréquence.
La sortie laser de 1,064 μm du laser pulsé Nd:YAG a une puissance de crête allant jusqu'à mégawatts.Lorsqu'une lumière cohérente aussi forte traverse certains matériaux spéciaux, ses photons sont diffusés de manière inélastique sur les molécules du matériau, c'est-à-dire que les photons sont absorbés et produisent des photons relativement basse fréquence.Il existe deux types de substances qui peuvent obtenir cet effet de conversion de fréquence : l'une est constituée de cristaux non linéaires, tels que KTP, LiNbO3, etc. ;l'autre est un gaz à haute pression tel que H2.Placez-les dans la cavité résonnante optique pour former un oscillateur paramétrique optique (OPO).
OPO basé sur un gaz à haute pression fait généralement référence à un oscillateur paramétrique de lumière à diffusion Raman stimulée.La lumière de la pompe est partiellement absorbée et génère une onde lumineuse à basse fréquence.Le laser Raman mature utilise un laser de 1,064 μm pour pomper du gaz H2 à haute pression afin d'obtenir un laser infrarouge à ondes courtes de 1,54 μm.
IMAGE 1
L'application typique du système GV infrarouge à ondes courtes est l'imagerie nocturne à longue distance.L'illuminateur laser doit être un laser infrarouge à ondes courtes et à impulsions courtes avec une puissance de crête élevée, et sa fréquence de répétition doit être cohérente avec la fréquence d'image de la caméra stroboscopique.Selon l'état actuel des lasers infrarouges à ondes courtes dans le pays et à l'étranger, les lasers Er: YAG pompés par diode et les lasers à semi-conducteurs 1,57 μm à base d'OPO sont les meilleurs choix.La fréquence de répétition et la puissance de crête du laser miniature en verre Er doivent encore être améliorées.3.Application du laser infrarouge à ondes courtes dans l'anti-reconnaissance photoélectrique
L'essence de l'anti-reconnaissance laser infrarouge à ondes courtes est d'irradier l'équipement de reconnaissance optoélectronique de l'ennemi travaillant dans la bande infrarouge à ondes courtes avec des faisceaux laser infrarouges à ondes courtes, afin qu'il puisse obtenir des informations erronées sur la cible ou ne puisse pas fonctionner normalement, ou même le détecteur est endommagé.Il existe deux méthodes typiques d'anti-reconnaissance par laser infrarouge à ondes courtes, à savoir l'interférence de tromperie à distance avec le télémètre laser sans danger pour l'œil humain et la suppression des dommages à la caméra infrarouge à ondes courtes.
1.1 Interférence de tromperie de distance pour le télémètre laser de sécurité pour l'œil humain
Le télémètre laser pulsé convertit la distance entre la cible et la cible par l'intervalle de temps de l'impulsion laser allant et venant entre le point de lancement et la cible.Si le détecteur de télémètre reçoit d'autres impulsions laser avant que le signal d'écho réfléchi de la cible n'atteigne le point de lancement, il s'arrêtera de chronométrer et la distance convertie n'est pas la distance réelle de la cible, mais plus petite que la distance réelle de la cible.Fausse distance, qui a pour but de tromper la distance du télémètre.Pour les télémètres laser sans danger pour les yeux, des lasers à impulsions infrarouges à ondes courtes de la même longueur d'onde peuvent être utilisés pour mettre en œuvre des interférences de tromperie à distance.
Le laser qui implémente l'interférence de tromperie à distance du télémètre simule la réflexion diffuse de la cible vers le laser, de sorte que la puissance de crête du laser est très faible, mais les deux conditions suivantes doivent être remplies :
1) La longueur d'onde du laser doit être la même que la longueur d'onde de travail du télémètre interféré.Un filtre interférentiel est installé devant le détecteur de télémètre et la bande passante est très étroite.Les lasers avec des longueurs d'onde autres que la longueur d'onde de travail ne peuvent pas atteindre la surface photosensible du détecteur.Même les lasers de 1,54 μm et 1,57 μm avec des longueurs d'onde similaires ne peuvent pas interférer les uns avec les autres.
2) La fréquence de répétition du laser doit être suffisamment élevée.Le détecteur télémétrique ne répond au signal laser atteignant sa surface photosensible que lorsque la distance est mesurée.Pour obtenir une interférence efficace, l'impulsion d'interférence doit au moins se faufiler dans la porte d'onde du télémètre 2 à 3 impulsions.La porte de distance qui peut être atteinte actuellement est de l'ordre de μs, de sorte que le laser interférant doit avoir une fréquence de répétition élevée.En prenant comme exemple une distance cible de 3 km, le temps nécessaire au laser pour aller et venir une fois est de 20 μs.Si au moins 2 impulsions sont entrées, la fréquence de répétition du laser doit atteindre 50 kHz.Si la portée minimale du télémètre laser est de 300 m, la fréquence de répétition du brouilleur ne peut être inférieure à 500 kHz.Seuls les lasers à semi-conducteurs et les lasers à fibre peuvent atteindre un taux de répétition aussi élevé.
1.2 Interférences suppressives et dommages aux caméras infrarouges à ondes courtes
En tant que composant central du système d'imagerie infrarouge à ondes courtes, la caméra infrarouge à ondes courtes a une plage dynamique limitée de puissance optique de réponse de son détecteur de plan focal InGaAs.Si la puissance optique incidente dépasse la limite supérieure de la plage dynamique, une saturation se produit et le détecteur ne peut pas effectuer d'imagerie normale.Puissance supérieure Le laser causera des dommages permanents au détecteur.
Les lasers à semi-conducteurs continus et à faible puissance de crête et les lasers à fibre à fréquence de répétition élevée conviennent à la suppression continue des interférences des caméras infrarouges à ondes courtes.Irradiez en continu la caméra infrarouge à ondes courtes avec un laser.En raison de l'effet de condensation à grand grossissement de la lentille optique, la zone atteinte par le spot diffusé par laser sur le plan focal InGaAs est fortement saturée et ne peut donc pas être imagée normalement.Ce n'est qu'après l'arrêt de l'irradiation laser pendant un certain temps que les performances d'imagerie peuvent progressivement revenir à la normale.
Selon les résultats de nombreuses années de recherche et de développement de produits de contre-mesures actives au laser dans les bandes visibles et proches de l'infrarouge et de tests d'efficacité des dommages sur plusieurs champs, seuls les lasers à impulsions courtes avec une puissance de crête de mégawatts et plus peuvent causer des dommages irréversibles à la télévision. caméras à des kilomètres de distance.dommage.Que l'effet de dégâts puisse être atteint, la puissance de crête du laser est la clé.Tant que la puissance de crête est supérieure au seuil d'endommagement du détecteur, une seule impulsion peut endommager le détecteur.Du point de vue de la difficulté de conception du laser, de la dissipation thermique et de la consommation d'énergie, la fréquence de répétition du laser ne doit pas nécessairement atteindre la fréquence d'images de la caméra ou même plus, et 10 Hz à 20 Hz peuvent répondre aux applications de combat réelles.Naturellement, les caméras infrarouges à ondes courtes ne font pas exception.
Les détecteurs à plan focal InGaAs comprennent des CCD à bombardement d'électrons basés sur des photocathodes à migration d'électrons InGaAs/InP et des CMOS développés plus tard.Leurs seuils de saturation et d'endommagement sont du même ordre de grandeur que les CCD/CMOS à base de Si, mais les détecteurs à base d'InGaAs/InP n'ont pas encore été obtenus.Données de saturation et de seuil d'endommagement du CCD/COMS.
Selon l'état actuel des lasers infrarouges à ondes courtes au pays et à l'étranger, le laser à semi-conducteurs à fréquence répétitive de 1,57 μm basé sur l'OPO reste le meilleur choix pour les dommages laser aux CCD/COMS.Ses performances de pénétration atmosphérique élevées et son laser à impulsions courtes à puissance de crête élevée La couverture du spot lumineux et les caractéristiques efficaces d'impulsion unique sont évidentes pour la puissance de destruction douce du système optoélectronique longue distance équipé de caméras infrarouges à ondes courtes.
2.Conclusion
Les lasers infrarouges à ondes courtes avec des longueurs d'onde comprises entre 1,1 μm et 1,7 μm ont une transmission atmosphérique élevée et une forte capacité à pénétrer la brume, la pluie, la neige, la fumée, le sable et la poussière.Il est invisible pour les équipements de vision nocturne traditionnels à faible luminosité.Le laser dans la bande de 1,4 μm à 1,6 μm est sans danger pour l'œil humain et présente des caractéristiques distinctives telles qu'un détecteur mature avec une longueur d'onde de réponse maximale dans cette plage, et est devenu une direction de développement importante pour les applications militaires laser.
Cet article analyse les caractéristiques techniques et le statu quo de quatre lasers infrarouges à ondes courtes typiques, y compris les lasers à semi-conducteurs au phosphore, les lasers à fibre dopés à l'Er, les lasers à semi-conducteurs dopés à l'Er et les lasers à semi-conducteurs à base d'OPO, et résume l'utilisation de ces lasers infrarouges à ondes courtes en reconnaissance active photoélectrique.Applications typiques en anti-reconnaissance.
1) Les lasers semi-conducteurs au phosphore à fréquence de répétition élevée et à faible puissance de crête continue et les lasers à fibre dopée Er sont principalement utilisés pour l'éclairage auxiliaire pour la surveillance furtive à longue distance et pour viser la nuit et supprimer les interférences avec les caméras infrarouges à ondes courtes ennemies.Les lasers à semi-conducteur phosphoreux à impulsions courtes à répétition élevée et les lasers à fibre dopée Er sont également des sources lumineuses idéales pour la télémétrie de sécurité oculaire des systèmes multi-impulsions, le radar d'imagerie à balayage laser et les interférences de déception de distance du télémètre laser de sécurité oculaire.
2) Les lasers à semi-conducteurs à base d'OPO avec un faible taux de répétition mais avec une puissance de crête de mégawatts ou même de dix mégawatts peuvent être largement utilisés dans le radar d'imagerie flash, l'observation de déclenchement laser longue distance la nuit, les dommages laser infrarouges à ondes courtes et yeux humains à distance en mode traditionnel télémétrie laser de sécurité.
3) Le laser à verre miniature Er est l'une des directions les plus dynamiques des lasers infrarouges à ondes courtes ces dernières années.Les niveaux de puissance et de fréquence de répétition actuels peuvent être utilisés dans des télémètres laser miniatures de sécurité oculaire.Avec le temps, une fois que la puissance de crête atteint le niveau du mégawatt, elle peut être utilisée pour le radar d'imagerie flash, l'observation de déclenchement laser et les dommages laser aux caméras infrarouges à ondes courtes.
4) Le laser Er:YAG pompé par diode qui cache le dispositif d'avertissement laser est la direction de développement principale des lasers infrarouges à ondes courtes haute puissance.Il a un grand potentiel d'application dans le lidar flash, l'observation de déclenchement laser longue distance la nuit et les dommages laser.
Ces dernières années, alors que les systèmes d'armes ont des exigences de plus en plus élevées pour l'intégration de systèmes optoélectroniques, les équipements laser petits et légers sont devenus une tendance inévitable dans le développement des équipements laser.Lasers à semi-conducteurs, lasers à fibre et lasers miniatures de petite taille, légers et à faible consommation d'énergie Les lasers à verre Er sont devenus la direction principale du développement des lasers infrarouges à ondes courtes.En particulier, les lasers à fibre avec une bonne qualité de faisceau ont un grand potentiel d'application dans l'éclairage auxiliaire nocturne, la surveillance et la visée furtives, le lidar d'imagerie à balayage et les interférences de suppression laser.Cependant, la puissance / énergie de ces trois types de lasers petits et légers est généralement faible et ne peut être utilisée que pour certaines applications de reconnaissance à courte portée et ne peut pas répondre aux besoins de reconnaissance à longue portée et de contre-reconnaissance.Par conséquent, l'objectif du développement est d'augmenter la puissance/énergie du laser.
Les lasers à semi-conducteurs à base d'OPO ont une bonne qualité de faisceau et une puissance de crête élevée, et leurs avantages dans l'observation contrôlée à longue distance, le radar d'imagerie flash et les dommages au laser sont encore très évidents, et l'énergie de sortie du laser et la fréquence de répétition du laser doivent être encore augmentées .Pour les lasers Er:YAG pompés par diode, si l'énergie d'impulsion est augmentée tandis que la largeur d'impulsion est davantage compressée, il deviendra la meilleure alternative aux lasers à semi-conducteurs OPO.Il présente des avantages dans l'observation contrôlée à longue distance, le radar d'imagerie flash et les dommages au laser.Grand potentiel d'application.
Plus d'informations sur le produit, vous pouvez venir visiter notre site Web:
https://www.erbiumtechnology.com/
E-mail:devin@erbiumtechnology.com
Whatsapp : +86-18113047438
Télécopie : +86-2887897578
Ajouter : No.23, route Chaoyang, rue Xihe, district de Longquanyi, Chengdu, 610107, Chine.
Heure de mise à jour : 02 mars 2022
