ルミスポット・テクノロジー株式会社は、長年の研究開発を経て、エネルギー80mJ、繰り返し周波数20Hz、人間の目に安全な波長1.57μmの小型軽量パルスレーザーの開発に成功しました。この研究成果は、KTP-OPOの変換効率の向上と励起光源ダイオードレーザーモジュールの出力最適化によって達成されました。試験結果によると、このレーザーは-45℃から65℃までの広い動作温度範囲で優れた性能を発揮し、中国の先進レベルに達しています。
パルスレーザー距離計は、レーザーパルスを目標物に照射することで高精度な測距能力、強力な耐干渉性、コンパクトな構造といった利点を持つ距離測定装置です。本製品は、工学計測をはじめとする様々な分野で広く利用されています。このパルスレーザー測距法は、長距離測定の用途において最も広く用いられています。この長距離距離計では、高エネルギーでビーム散乱角が小さい固体レーザーを選択し、Qスイッチング技術を用いてナノ秒レーザーパルスを出力することがより望ましいとされています。
パルスレーザー距離計の関連動向は以下のとおりです。
（1）人間の目に安全なレーザー距離計：1.57um光パラメトリック発振器は、距離測定分野の大部分において、従来の1.06um波長のレーザー距離計の地位を徐々に置き換えつつあります。
（２）小型軽量の超小型遠隔レーザー距離計。
検知・画像化システムの性能向上に伴い、0.1m²の小さな目標を20km以上離れた場所から測定できる遠隔レーザー距離計が求められています。そのため、高性能レーザー距離計の研究が急務となっています。
近年、ルミスポットテックは、ビーム散乱角が小さく、動作性能が高い、波長1.57umの目に安全な固体レーザーの研究、設計、製造、販売に力を入れています。
最近、ルミスポットテックは、小型長距離レーザー距離計の研究における実際的な需要に応えて、高ピークパワーとコンパクトな構造を備えた1.57umの目に安全な波長の空冷式レーザーを設計しました。実験の結果、このレーザーは幅広い応用の見通しを示し、-40℃から65℃までの広範囲の動作温度下で優れた性能と強い環境適応性を備えています。
以下の式を用いて、他の基準値を一定値として、ピーク出力の向上とビーム散乱角の減少により、距離計の測定距離を向上させることができます。結果として、ピーク出力値とビーム散乱角の減少、そして空冷機能を備えたコンパクトな構造のレーザーという2つの要素が、特定の距離計の距離測定能力を決定する重要な要素となります。
人の目に安全な波長のレーザーを実現するための鍵となるのは、光パラメトリック発振器（OPO）技術であり、非線形結晶、位相整合法、OPO内部構造設計などのオプションが含まれます。非線形結晶の選択は、大きな非線形係数、高い損傷耐性しきい値、安定した化学的および物理的特性、成熟した成長技術などによって決まり、位相整合を優先する必要があります。大きな受容角と小さな出発角を持つ非臨界位相整合法を選択します。OPOキャビティ構造は、信頼性を確保するために、効率とビーム品質を考慮する必要があります。KTP-OPO出力波長と位相整合角の変化曲線において、θ=90°のとき、信号光はまさに人の目に安全なレーザーを出力できます。したがって、設計された結晶は片側に沿って切断され、角度整合にはθ=90°、φ=0°が使用されます。つまり、結晶の有効非線形係数が最大で分散効果がないクラス整合法が使用されます。
上記の問題を総合的に考慮し、現在の国内レーザー技術と設備の開発レベルと組み合わせた最適化技術ソリューションは次のとおりです。OPOはクラスIIの非臨界位相整合外部共振器デュアル共振器KTP-OPO設計を採用しています。2つのKTP-OPOはタンデム構造で垂直に入射し、図に示すように変換効率とレーザーの信頼性を向上させます。図1その上。
励起光源は自社研究開発の導電性冷却型半導体レーザーアレイで、デューティサイクルは最大2%、シングルバーのピーク出力は100W、総動作電力は12,000Wです。直角プリズム、平面全反射ミラー、偏光子は折り畳み偏光結合出力共振空洞を形成し、直角プリズムと波長板を回転させることにより、所望の1064nmレーザー結合出力が得られます。Q変調方式は、KDP結晶をベースとした加圧アクティブ電気光学Q変調です。
図1直列に接続された2つのKTP結晶
この式では、Prec は検出可能な最小の作業電力です。
Poutは作業力のピーク出力値です。
Dは受信光学系の開口部です。
tは光学系の透過率です。
θはレーザーの放射ビームの散乱角度です。
rはターゲットの反射率です。
A は目標等価断面積です。
R は最大の測定範囲です。
σ は大気吸収係数です。
図2: 自社開発による円弧状バーアレイモジュール、
中央に YAG 結晶ロッドを配置します。
その図2円弧状のバースタック構造で、モジュール内部にYAG結晶ロッドをレーザー媒質として配置し、濃度は1%です。レーザーの横方向移動とレーザー出力の対称分布の矛盾を解決するため、120度の角度で対称分布を持つLDアレイを採用しました。励起光源は波長1064nmで、6000Wの湾曲アレイバーモジュール2台を直列に接続した半導体タンデムポンピングです。出力エネルギーは0～250mJ、パルス幅は約10ns、発振周波数は20Hzです。折り畳み共振器を採用し、タンデムKTP非線形結晶を経て波長1.57μmのレーザーを出力します。
グラフ31.57μm波長パルスレーザーの寸法図
グラフ4:1.57um波長パルスレーザーサンプル装置
グラフ5:1.57μm出力
グラフ6:ポンプ光源の変換効率
レーザーエネルギー測定を採用し、2種類の波長の出力をそれぞれ測定します。 下図のグラフによると、エネルギー値の結果は、20Hz、1分間の動作周期で動作した場合の平均値です。 その中で、1.57um波長レーザーによって生成されるエネルギーは、1064nm波長のポンプソースエネルギーとの関係で必然的に変化します。 ポンプソースのエネルギーが220mJに等しい場合、1.57um波長レーザーの出力エネルギーは80mJを達成でき、変換率は最大35%です。 OPO信号光は、基本周波数光の特定のパワー密度の作用下で生成されるため、その閾値は1064nm基本周波数光の閾値よりも高く、ポンピングエネルギーがOPO閾値を超えると出力エネルギーが急激に増加します。 OPO 出力エネルギーと効率の関係は基本周波数光出力エネルギーと図に示されており、OPO の変換効率は最大 35% に達することがわかります。
最終的に、80mJを超えるエネルギーと8.5nsのレーザーパルス幅を持つ1.57μm波長のレーザーパルス出力を実現できます。レーザービームエクスパンダーを通過する出力レーザービームの発散角は0.3mradです。シミュレーションと分析により、このレーザーを使用したパルスレーザー距離計の距離測定能力は30kmを超えることが示されています。
| 波長 | 1570±5nm |
| 繰り返し頻度 | 20Hz |
| レーザービームの散乱角（ビームの拡大） | 0.3～0.6ミリラジアン |
| パルス幅 | 8.5ナノ秒 |
| パルスエネルギー | 80mJ |
| 連続労働時間 | 5分 |
| 重さ | ≤1.2kg |
| 動作温度 | -40℃～65℃ |
| 保管温度 | -50℃～65℃ |
Lumispot Techは、自社の技術研究開発投資を強化し、研究開発チームの構築を強化し、技術研究開発イノベーションシステムを整備するだけでなく、産学研の分野で外部の研究機関と積極的に協力し、国内の著名な業界専門家と良好な協力関係を築いています。コア技術と主要部品は自主開発し、主要部品はすべて自主開発・製造し、すべてのデバイスは現地生産化されています。Bright Source Laserは、技術開発とイノベーションのペースを加速させ、より低コストで信頼性の高い人眼安全レーザー距離計モジュールを継続的に投入し、市場の需要に応えていきます。
投稿日時: 2023年6月21日