Er:Glass レーザー送信機のパルスエネルギー

レーザー測距、目標指示、LiDARの分野において、Er:Glassレーザー送信機は、優れた眼の安全性とコンパクトな設計により、中赤外線固体レーザーとして広く利用されています。その性能パラメータの中でも、パルスエネルギーは検出能力、距離範囲、そしてシステム全体の応答性を決定する上で重要な役割を果たします。この記事では、Er:Glassレーザー送信機のパルスエネルギーについて詳細に分析します。

1. パルスエネルギーとは何ですか?

パルスエネルギーとは、レーザーが各パルスで放出するエネルギー量を指し、通常はミリジュール（mJ）で測定されます。これはピークパワーとパルス持続時間の積です：E = P_ピーク×τここで、Eはパルスエネルギー、P_ピーク ピークパワーはτ パルス幅です。

1535 nmで動作する典型的なEr:ガラスレーザーの場合—クラス1の眼安全帯域の波長—安全性を維持しながら高いパルスエネルギーを実現できるため、ポータブルおよび屋外用途に特に適しています。

2. Er:Glass レーザーのパルスエネルギー範囲

設計、ポンプ方式、および用途に応じて、市販のEr:Glassレーザー送信機は、数十マイクロジュール（μ数十ミリジュール（mJ）まで変化します。

一般的に、小型測距モジュールに使用されるEr:Glassレーザー送信機のパルスエネルギー範囲は0.1～1mJです。長距離ターゲット指示装置では通常5～20mJが必要ですが、軍用または産業用システムでは30mJを超える場合があり、より高い出力を得るためにデュアルロッドまたは多段増幅構造が採用されることが多いです。

一般に、パルス エネルギーが高いほど、特に戻り信号が弱い場合や長距離での環境干渉などの困難な状況下では、検出パフォーマンスが向上します。

3. パルスエネルギーに影響を与える要因

①ポンプ源の性能

Er:ガラスレーザーは通常、レーザーダイオード（LD）またはフラッシュランプによって励起されます。LDは高い効率とコンパクトさを提供しますが、精密な熱制御と駆動回路が必要です。

②ドーピング濃度とロッドの長さ

Er:YSGG や Er:Yb:Glass などのさまざまなホスト材料は、ドーピング レベルとゲイン長が異なり、エネルギー貯蔵容量に直接影響します。

③Qスイッチング技術

パッシブQスイッチ（例：Cr:YAG結晶を使用）は構造を簡素化しますが、制御精度には限界があります。アクティブQスイッチ（例：ポッケルスセルを使用）は、より高い安定性とエネルギー制御を実現します。

④熱管理

高いパルスエネルギーでは、出力の安定性と寿命を確保するために、レーザーロッドとデバイス構造からの効率的な熱放散が不可欠です。

4. アプリケーションシナリオに合わせたパルスエネルギーの調整

適切なEr:Glassレーザートランスミッターの選択は、想定される用途に大きく依存します。以下に、一般的な使用例とそれに応じたパルスエネルギーの推奨事項を示します。

①ハンドヘルドレーザー距離計

特徴: コンパクト、低消費電力、高周波短距離測定

推奨パルスエネルギー: 0.5–1ミリジュール

②UAV測距/障害物回避

特徴: 中長距離、高速応答、軽量

推奨パルスエネルギー: 1–5ミリジュール

③軍事目標指示装置

特徴：高い貫通力、強力な耐干渉性、長距離攻撃誘導

推奨パルスエネルギー: 10–30ミリジュール

④LiDARシステム

特徴: 高い繰り返し率、スキャンまたはポイントクラウド生成

推奨パルスエネルギー: 0.1–10ミリジュール

5. 将来の動向：高エネルギーとコンパクトなパッケージ

ガラスドーピング技術、ポンプ構造、熱材料の継続的な進歩により、Er:ガラスレーザー送信機は、高エネルギー、高繰り返し周波数、そして小型化の組み合わせへと進化しています。例えば、多段増幅とアクティブQスイッチ設計を統合したシステムは、コンパクトなフォームファクタを維持しながら、パルスあたり30mJ以上の出力を実現しています。—長距離測定や高信頼性防衛アプリケーションに最適です。

6. 結論

パルスエネルギーは、アプリケーション要件に基づいてEr:Glassレーザートランスミッターを評価・選定するための重要な性能指標です。レーザー技術の進化に伴い、ユーザーはより小型で電力効率の高いデバイスで、より高いエネルギー出力とより長い伝送距離を実現できます。長距離性能、眼の安全性、そして運用信頼性が求められるシステムでは、適切なパルスエネルギー範囲を理解し、選択することが、システム効率と価値を最大化するために不可欠です。

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