کاربرد لیزرهای SWIR در شناسایی فوتوالکتریک و شناسایی متقابل

با توجه به مکانیسم تولید متفاوت لیزرهای مادون قرمز موج کوتاه، سه نوع لیزر مادون قرمز موج کوتاه وجود دارد که عبارتند از لیزرهای نیمه هادی، لیزرهای فیبر و لیزرهای حالت جامد.در میان آنها، لیزرهای حالت جامد را می توان به لیزرهای حالت جامد بر اساس تبدیل طول موج نوری غیرخطی و لیزرهای حالت جامد که مستقیماً لیزرهای مادون قرمز موج کوتاه را از مواد کار لیزر تولید می کنند، تقسیم کرد.

لیزرهای نیمه هادی از مواد نیمه هادی به عنوان مواد کار لیزری استفاده می کنند و طول موج لیزر خروجی با فاصله نواری مواد نیمه هادی تعیین می شود.با توسعه علم مواد، باندهای انرژی مواد نیمه هادی را می توان از طریق مهندسی باند انرژی برای طیف وسیع تری از طول موج های لیزری تنظیم کرد.بنابراین، چندین طول موج لیزر مادون قرمز را می توان با لیزرهای نیمه هادی به دست آورد.

مواد کار لیزر معمولی لیزر نیمه هادی مادون قرمز موج کوتاه، مواد فسفر است.به عنوان مثال، یک لیزر نیمه هادی ایندیوم فسفید با اندازه دیافراگم 95 میکرومتر دارای طول موج لیزر خروجی 1.55 میکرومتر و 1.625 میکرومتر است و توان آن به 1.5 وات رسیده است.

لیزر فیبر از فیبر شیشه ای نادر خاکی به عنوان محیط لیزر و از لیزر نیمه هادی به عنوان منبع پمپ استفاده می کند.دارای ویژگی های عالی مانند آستانه کم، راندمان تبدیل بالا، کیفیت پرتو خروجی خوب، ساختار ساده و قابلیت اطمینان بالا.همچنین می تواند از طیف گسترده تابش یون های خاکی کمیاب برای تشکیل یک لیزر فیبر قابل تنظیم با افزودن عناصر نوری انتخابی مانند گریتینگ در تشدید کننده لیزر استفاده کند.لیزرهای فیبر به یک جهت مهم در توسعه فناوری لیزر تبدیل شده اند.

1.لیزر حالت جامد

رسانه‌های دریافت لیزر حالت جامد که می‌توانند مستقیماً لیزرهای مادون قرمز موج کوتاه تولید کنند، عمدتاً Er: کریستال‌ها و سرامیک‌های YAG و شیشه‌های Er-doped هستند.لیزر حالت جامد مبتنی بر کریستال و سرامیک Er:YAG می‌تواند مستقیماً لیزر مادون قرمز موج کوتاه 1.645 میکرومتر را تولید کند، که نقطه داغی در تحقیقات لیزر مادون قرمز موج کوتاه در سال‌های اخیر است [3-5].در حال حاضر، انرژی پالس لیزرهای Er: YAG با استفاده از سوئیچینگ Q الکترواپتیک یا آکوستو اپتیک به چند تا ده‌ها میلی‌ژول، عرض پالس ده‌ها ns و فرکانس تکرار ده‌ها تا هزاران هرتز رسیده است.اگر یک لیزر نیمه هادی 1.532 میکرومتر به عنوان منبع پمپ استفاده شود، مزایای زیادی در زمینه شناسایی فعال لیزری و اقدامات متقابل لیزری، به ویژه اثر پنهان کاری آن در دستگاه های هشدار دهنده لیزری معمولی خواهد داشت.

لیزر شیشه ای Er دارای ساختار جمع و جور، کم هزینه، وزن سبک است و می تواند عملکرد سوئیچ Q را تحقق بخشد.این منبع نور ترجیحی برای تشخیص فعال لیزر مادون قرمز موج کوتاه است.با این حال، با توجه به چهار نقص مواد شیشه ای Er: اول، طول موج مرکزی طیف جذب 940 نانومتر یا 976 نانومتر است، که دستیابی به پمپاژ لامپ را دشوار می کند.دوم، تهیه مواد شیشه ای Er دشوار است و ساختن اندازه های بزرگ آسان نیست.سوم، شیشه Er این ماده دارای خواص حرارتی ضعیفی است و دستیابی به عملیات فرکانس تکراری برای مدت طولانی آسان نیست، چه رسد به عملکرد مداوم.چهارم، هیچ ماده سوئیچینگ Q مناسبی وجود ندارد.اگرچه تحقیقات لیزر مادون قرمز موج کوتاه مبتنی بر شیشه Er همیشه توجه افراد را به خود جلب کرده است، اما به چهار دلیل فوق هیچ محصولی به بازار نیامده است.تا سال 1990، با ظهور میله های لیزر نیمه هادی با طول موج های 940 نانومتر و 980 نانومتر، و ظهور مواد جذب اشباع شده مانند Co2+:MgAl2O4 (آلومینات منیزیم دوپ شده با کبالت)، دو بطری اصلی پمپاژ منیزیم QWI شکسته شدند.تحقیقات روی لیزرهای شیشه ای به سرعت توسعه یافته است.به خصوص در سال‌های اخیر، ماژول لیزری شیشه‌ای Er مینیاتوری کشور من، که منبع پمپ نیمه‌رسانا، شیشه Er و حفره تشدید را ادغام می‌کند، بیش از 10 گرم وزن ندارد و ظرفیت تولید دسته‌ای کوچکی از ماژول‌های اوج قدرت 50 کیلووات دارد.با این حال، به دلیل عملکرد حرارتی ضعیف مواد شیشه ای Er، فرکانس تکرار ماژول لیزر هنوز نسبتا کم است.فرکانس لیزر ماژول 50 کیلووات فقط 5 هرتز و حداکثر فرکانس لیزر ماژول 20 کیلووات 10 هرتز است که فقط در کاربردهای فرکانس پایین قابل استفاده است.

خروجی لیزر 1.064 میکرومتر توسط لیزر پالسی Nd:YAG دارای حداکثر توان حداکثر تا مگاوات است.هنگامی که چنین نور منسجم قوی از برخی مواد خاص عبور می کند، فوتون های آن به طور غیرکشسانی روی مولکول های ماده پراکنده می شوند، یعنی فوتون ها جذب می شوند و فوتون های نسبتاً کم فرکانس تولید می کنند.دو نوع ماده وجود دارد که می‌توانند به این اثر تبدیل فرکانس دست یابند: یکی کریستال‌های غیرخطی، مانند KTP، LiNbO3 و غیره.دیگری گاز پرفشار مانند H2 است.آنها را در حفره تشدید نوری قرار دهید تا یک نوسانگر پارامتری نوری (OPO) تشکیل شود.

OPO مبتنی بر گاز پرفشار معمولاً به یک نوسان ساز پارامتریک نور پراکنده رامان تحریک شده اشاره دارد.نور پمپ تا حدی جذب می شود و یک موج نوری با فرکانس پایین ایجاد می کند.لیزر بالغ رامان از یک لیزر 1.064 میکرومتر برای پمپاژ گاز پرفشار H2 برای به دست آوردن لیزر مادون قرمز موج کوتاه 1.54 میکرومتر استفاده می کند.

                                                                                                    تصویر 1

کاربرد معمولی سیستم GV مادون قرمز موج کوتاه، تصویربرداری از راه دور در شب است.روشنگر لیزری باید یک لیزر مادون قرمز موج کوتاه پالس کوتاه با قدرت پیک بالا باشد و فرکانس تکرار آن باید با فرکانس فریم دوربین استروبیدی مطابقت داشته باشد.با توجه به وضعیت فعلی لیزرهای مادون قرمز موج کوتاه در داخل و خارج از کشور، لیزرهای Er: YAG با پمپ دیود و لیزرهای حالت جامد 1.57 میکرومتر مبتنی بر OPO بهترین انتخاب ها هستند.فرکانس تکرار و اوج قدرت لیزر شیشه ای مینیاتوری Er هنوز نیاز به بهبود دارد.کاربرد لیزر مادون قرمز موج کوتاه در ضد شناسایی فوتوالکتریک

ماهیت ضد شناسایی لیزری مادون قرمز موج کوتاه این است که تجهیزات شناسایی اپتوالکترونیکی دشمن را که در باند مادون قرمز موج کوتاه کار می کنند با پرتوهای لیزر مادون قرمز موج کوتاه تابش می کند، به طوری که بتواند اطلاعات هدف اشتباه را به دست آورد یا نتواند به طور معمول کار کند یا حتی آشکارساز آسیب دیده استدو روش معمولی ضد شناسایی لیزر مادون قرمز موج کوتاه وجود دارد، یعنی تداخل فریب فاصله در فاصله یاب لیزری ایمن برای چشم انسان و آسیب سرکوب به دوربین مادون قرمز موج کوتاه.

1.1 تداخل فریب فاصله در فاصله یاب لیزری ایمنی چشم انسان

فاصله یاب لیزری پالسی، فاصله بین هدف و هدف را بر اساس فاصله زمانی پالس لیزری که بین نقطه پرتاب و هدف به عقب و جلو می رود، تبدیل می کند.اگر آشکارساز مسافت یاب پالس های لیزر دیگری را قبل از رسیدن سیگنال بازتابی پژواک هدف به نقطه پرتاب دریافت کند، زمان بندی را متوقف می کند و فاصله تبدیل شده فاصله واقعی هدف نیست، بلکه کمتر از فاصله واقعی هدف است.فاصله کاذب که به هدف فریب فاصله فاصله یاب دست می یابد.برای فاصله‌یاب‌های لیزری ایمن، می‌توان از لیزرهای پالس مادون قرمز موج کوتاه با همان طول موج برای اجرای تداخل فریب فاصله استفاده کرد.

لیزری که تداخل فریب فاصله فاصله یاب را اجرا می کند، بازتاب پراکنده هدف را به لیزر شبیه سازی می کند، بنابراین اوج قدرت لیزر بسیار کم است، اما دو شرط زیر باید رعایت شود:

1) طول موج لیزر باید با طول موج کاری فاصله یاب تداخلی یکسان باشد.یک فیلتر تداخل در جلوی آشکارساز مسافت یاب نصب شده است و پهنای باند آن بسیار باریک است.لیزرهایی با طول موج های غیر از طول موج کار نمی توانند به سطح حساس به نور آشکارساز برسند.حتی لیزرهای 1.54 میکرومتر و 1.57 میکرومتر با طول موج های مشابه نمی توانند با یکدیگر تداخل داشته باشند.

2) فرکانس تکرار لیزر باید به اندازه کافی بالا باشد.آشکارساز فاصله یاب به سیگنال لیزری که به سطح حساس به نور خود می رسد تنها زمانی پاسخ می دهد که برد اندازه گیری شود.برای دستیابی به تداخل موثر، پالس تداخل باید حداقل 2 تا 3 پالس در دروازه موج فاصله یاب فشرده شود.گیت بردی که در حال حاضر می توان به آن دست یافت، مرتبه میکرو ثانیه است، بنابراین لیزر تداخلی باید فرکانس تکرار بالایی داشته باشد.با در نظر گرفتن فاصله هدف 3 کیلومتری به عنوان مثال، زمان لازم برای یک بار رفت و برگشت لیزر 20 میکرو ثانیه است.اگر حداقل 2 پالس وارد شود، فرکانس تکرار لیزر باید به 50 کیلوهرتز برسد.اگر حداقل برد فاصله یاب لیزری 300 متر باشد، فرکانس تکرار پارازیت نمی تواند کمتر از 500 کیلوهرتز باشد.فقط لیزرهای نیمه هادی و لیزرهای فیبر می توانند به چنین سرعت تکرار بالایی دست یابند.

1.2 تداخل سرکوب کننده و آسیب به دوربین های مادون قرمز موج کوتاه

به عنوان جزء اصلی سیستم تصویربرداری مادون قرمز موج کوتاه، دوربین مادون قرمز موج کوتاه دارای محدوده دینامیکی محدودی از قدرت نوری پاسخ آشکارساز صفحه کانونی InGaAs خود است.اگر توان نوری فرودی از حد بالایی محدوده دینامیکی فراتر رود، اشباع رخ می دهد و آشکارساز نمی تواند تصویربرداری معمولی را انجام دهد.قدرت بیشتر لیزر باعث آسیب دائمی به آشکارساز خواهد شد.

لیزرهای نیمه هادی پیک پیوسته و کم توان و لیزرهای فیبر با فرکانس تکرار بالا برای تداخل سرکوب مداوم دوربین های مادون قرمز موج کوتاه مناسب هستند.به طور مداوم دوربین مادون قرمز موج کوتاه را با لیزر تابش کنید.با توجه به اثر متراکم بزرگنمایی بزرگ لنز نوری، ناحیه ای که نقطه پراکنده لیزر در صفحه کانونی InGaAs به آن می رسد، به شدت اشباع شده است، و بنابراین نمی توان به طور معمول تصویربرداری کرد.تنها پس از توقف تابش لیزر برای مدتی، عملکرد تصویربرداری می تواند به تدریج به حالت عادی بازگردد.

با توجه به نتایج چندین سال تحقیق و توسعه محصولات متقابل فعال لیزری در باندهای مرئی و مادون قرمز نزدیک و آزمایش‌های موثر آسیب میدانی متعدد، تنها لیزرهای کوتاه پالس با حداکثر توان مگاوات و بالاتر می‌توانند آسیب‌های جبران‌ناپذیری به تلویزیون وارد کنند. دوربین ها در فاصله کیلومتریخسارت.اینکه آیا می توان به اثر آسیب دست یافت، اوج قدرت لیزر کلید اصلی است.تا زمانی که قدرت پیک بالاتر از آستانه آسیب آشکارساز باشد، یک پالس می تواند به آشکارساز آسیب برساند.از منظر دشواری طراحی لیزر، اتلاف گرما و مصرف انرژی، فرکانس تکرار لیزر لزوماً نباید به نرخ فریم دوربین یا حتی بالاتر برسد و 10 هرتز تا 20 هرتز می‌تواند کاربردهای واقعی رزمی را برآورده کند.طبیعتا دوربین های مادون قرمز موج کوتاه نیز از این قاعده مستثنی نیستند.

آشکارسازهای صفحه کانونی InGaAs شامل CCD های بمباران الکترونی مبتنی بر فوتوکاتدهای مهاجرت الکترون InGaAs/InP و CMOS هستند که بعداً توسعه یافتند.آستانه اشباع و آسیب آنها به همان ترتیب بزرگی با CCD/CMOS مبتنی بر Si است، اما آشکارسازهای مبتنی بر InGaAs/InP هنوز به دست نیامده اند.داده های آستانه اشباع و آسیب CCD/COMS.

با توجه به وضعیت فعلی لیزرهای مادون قرمز موج کوتاه در داخل و خارج از کشور، لیزر حالت جامد با فرکانس تکراری 1.57 میکرومتر مبتنی بر OPO هنوز بهترین انتخاب برای آسیب لیزر به CCD/COMS است.عملکرد نفوذ اتمسفر بالا و لیزر پالس کوتاه با حداکثر توان بالا، پوشش نقطه نوری و ویژگی‌های موثر تک پالس برای قدرت کشتن نرم سیستم اپتوالکترونیک دوربرد مجهز به دوربین‌های مادون قرمز موج کوتاه آشکار است.

2. نتیجه گیری

لیزرهای مادون قرمز موج کوتاه با طول موج بین 1.1 میکرومتر تا 1.7 میکرومتر دارای قابلیت عبور اتمسفر بالا و توانایی قوی برای نفوذ در مه، باران، برف، دود، شن و غبار هستند.برای تجهیزات دید در شب سنتی در نور کم نامرئی است.لیزر در باند 1.4 میکرومتر تا 1.6 میکرومتر برای چشم انسان ایمن است و دارای ویژگی‌های متمایزی مانند آشکارساز بالغ با طول موج پاسخ اوج در این محدوده است و به یک جهت توسعه مهم برای کاربردهای نظامی لیزر تبدیل شده است.

این مقاله خصوصیات فنی و وضعیت موجود چهار لیزر مادون قرمز معمولی موج کوتاه، از جمله لیزرهای نیمه هادی فسفر، لیزرهای فیبر دوپ شده Er-doped، لیزرهای حالت جامد با Er-doped و لیزرهای حالت جامد مبتنی بر OPO را تجزیه و تحلیل می کند و کاربرد آن را خلاصه می کند. از این لیزرهای مادون قرمز موج کوتاه در شناسایی فعال فوتوالکتریک.کاربردهای معمولی در ضد شناسایی

1) لیزرهای نیمه هادی فسفر با فرکانس تکرار بالا پیوسته و کم توان و لیزرهای فیبر دوپ شده Er-Doped عمدتاً برای روشنایی کمکی برای نظارت مخفیانه در مسافت های طولانی و هدف قرار دادن در شب و سرکوب تداخل دوربین های مادون قرمز موج کوتاه دشمن استفاده می شود.لیزرهای نیمه هادی فسفر کوتاه پالس با تکرار بالا و لیزرهای فیبر دوپ شده Er-Doped نیز منابع نور ایده آلی برای محدوده ایمنی چشمی سیستم چند پالس، رادار تصویربرداری اسکن لیزری و تداخل فریب فاصله فاصله یاب لیزری ایمنی چشم هستند.

2) لیزرهای حالت جامد مبتنی بر OPO با سرعت تکرار کم اما با حداکثر توان مگاوات یا حتی ده مگاوات می‌توانند به طور گسترده در رادار تصویربرداری فلاش، رصد راه‌اندازی لیزری از راه دور در شب، آسیب لیزر مادون قرمز موج کوتاه و حالت سنتی دور چشم انسان محدوده لیزر ایمنی.

3) لیزر شیشه ای مینیاتوری Er یکی از سریع ترین جهت های در حال رشد لیزرهای مادون قرمز موج کوتاه در سال های اخیر است.قدرت فعلی و سطوح فرکانس تکرار را می توان در فاصله یاب لیزری ایمنی چشمی مینیاتوری استفاده کرد.با گذشت زمان، هنگامی که اوج قدرت به سطح مگاوات رسید، می‌توان از آن برای رادار تصویربرداری فلاش، مشاهده دروازه‌های لیزری و آسیب لیزری به دوربین‌های مادون قرمز موج کوتاه استفاده کرد.

4) لیزر Er:YAG پمپ شده با دیود که دستگاه هشدار لیزر را پنهان می کند، جهت اصلی توسعه لیزرهای مادون قرمز موج کوتاه پرقدرت است.این پتانسیل کاربرد زیادی در فلاش لیدار، رصد راهگاهی لیزری از راه دور در شب و آسیب لیزر دارد.

در سال‌های اخیر، از آنجایی که سیستم‌های تسلیحاتی نیازمندی‌های بالاتر و بالاتری برای ادغام سیستم‌های اپتوالکترونیکی دارند، تجهیزات لیزری کوچک و سبک وزن به یک روند اجتناب‌ناپذیر در توسعه تجهیزات لیزر تبدیل شده‌اند.لیزرهای نیمه هادی، لیزرهای فیبر و لیزرهای مینیاتوری با اندازه کوچک، وزن سبک و لیزرهای شیشه ای Er با مصرف کم، به مسیر اصلی توسعه لیزرهای مادون قرمز موج کوتاه تبدیل شده اند.به طور خاص، لیزرهای فیبری با کیفیت پرتو خوب، پتانسیل کاربرد زیادی در روشنایی کمکی شبانه، نظارت پنهان و هدف‌گیری، اسکن تصویربرداری لیدار و تداخل سرکوب لیزر دارند.با این حال، توان/انرژی این سه نوع لیزر کوچک و سبک وزن عموماً کم است و فقط برای برخی کاربردهای شناسایی کوتاه برد قابل استفاده است و نمی تواند نیازهای شناسایی دوربرد و شناسایی متقابل را برآورده کند.بنابراین، تمرکز توسعه بر افزایش توان/انرژی لیزر است.

لیزرهای حالت جامد مبتنی بر OPO دارای کیفیت پرتو خوب و قدرت پیک بالا هستند و مزایای آنها در رصد دروازه ای از راه دور، رادار تصویربرداری فلاش و آسیب لیزر هنوز بسیار آشکار است و انرژی خروجی لیزر و فرکانس تکرار لیزر باید بیشتر افزایش یابد. .برای لیزرهای Er:YAG پمپ شده با دیود، اگر انرژی پالس افزایش یابد و عرض پالس بیشتر فشرده شود، بهترین جایگزین برای لیزرهای حالت جامد OPO خواهد بود.در رصد دروازه ای از راه دور، رادار تصویربرداری فلاش و آسیب لیزری مزایایی دارد.پتانسیل کاربردی عالی

اطلاعات بیشتر محصول، می توانید به وب سایت ما مراجعه کنید:

https://www.erbiumtechnology.com/

پست الکترونیک:devin@erbiumtechnology.com

واتس اپ: +86-18113047438

فکس: +86-2887897578

اضافه کنید: شماره 23، جاده چائویانگ، خیابان Xihe، منطقه Longquanyi، چنگدو، 610107، چین.