Theo cơ chế tạo khác nhau của laser hồng ngoại sóng ngắn, có ba loại laser hồng ngoại sóng ngắn, đó là laser bán dẫn, laser sợi quang và laser trạng thái rắn.Trong số đó, laser trạng thái rắn có thể được chia thành laser trạng thái rắn dựa trên chuyển đổi bước sóng phi tuyến quang học và laser trạng thái rắn trực tiếp tạo ra laser hồng ngoại sóng ngắn từ vật liệu gia công laser.
Laser bán dẫn sử dụng vật liệu bán dẫn làm vật liệu gia công laser và bước sóng laser đầu ra được xác định bởi khoảng cách dải của vật liệu bán dẫn.Với sự phát triển của khoa học vật liệu, các dải năng lượng của vật liệu bán dẫn có thể được điều chỉnh theo dải bước sóng laser rộng hơn thông qua kỹ thuật dải năng lượng.Do đó, có thể thu được nhiều bước sóng laser hồng ngoại ngắn bằng laser bán dẫn.
Vật liệu làm việc bằng laser điển hình của laser bán dẫn hồng ngoại sóng ngắn là vật liệu phốt pho.Ví dụ: laser bán dẫn indium phosphide có kích thước khẩu độ 95 μm có bước sóng laser đầu ra là 1,55 μm và 1,625 μm và công suất đạt tới 1,5 W.
Laser sợi quang sử dụng sợi thủy tinh pha tạp đất hiếm làm môi trường laser và laser bán dẫn làm nguồn bơm.Nó có các đặc điểm tuyệt vời như ngưỡng thấp, hiệu suất chuyển đổi cao, chất lượng chùm tia đầu ra tốt, cấu trúc đơn giản và độ tin cậy cao.Nó cũng có thể tận dụng phổ rộng của bức xạ ion đất hiếm để tạo thành tia laser sợi quang có thể điều hướng bằng cách thêm các phần tử quang học chọn lọc như cách tử trong bộ cộng hưởng laser.Laser sợi quang đã trở thành một hướng quan trọng trong sự phát triển của công nghệ laser.
1. Laser trạng thái rắn
Phương tiện khuếch đại laser trạng thái rắn có thể trực tiếp tạo ra laser hồng ngoại sóng ngắn chủ yếu là tinh thể và gốm Er: YAG, và thủy tinh pha tạp Er.Laser trạng thái rắn dựa trên tinh thể Er: YAG và gốm có thể phát ra trực tiếp laser hồng ngoại sóng ngắn 1.645μm, đây là điểm nóng trong nghiên cứu laser hồng ngoại sóng ngắn trong những năm gần đây [3-5].Hiện tại, năng lượng xung của laser Er: YAG sử dụng Q-switching điện quang hoặc quang âm đã đạt từ vài đến hàng chục mJ, độ rộng xung hàng chục ns và tần số lặp lại từ hàng chục đến hàng nghìn Hz.Nếu sử dụng tia laser bán dẫn 1,532 μm làm nguồn bơm, thì nó sẽ có lợi thế lớn trong lĩnh vực trinh sát chủ động bằng laser và các biện pháp đối phó bằng laser, đặc biệt là tác dụng tàng hình của nó đối với các thiết bị cảnh báo bằng laser thông thường.
Laser thủy tinh Er có cấu trúc nhỏ gọn, chi phí thấp, trọng lượng nhẹ và có thể thực hiện hoạt động Q-switching.Đây là nguồn sáng ưa thích để phát hiện tích cực laser hồng ngoại sóng ngắn.Tuy nhiên, do bốn nhược điểm của vật liệu thủy tinh Er: Thứ nhất, bước sóng trung tâm của phổ hấp thụ là 940nm hoặc 976nm, khiến việc bơm đèn khó đạt được;Thứ hai, việc chuẩn bị vật liệu thủy tinh Er rất khó và không dễ tạo ra kích thước lớn;Thứ ba, kính Er Vật liệu này có đặc tính dẫn nhiệt kém, không dễ đạt được hoạt động tần số lặp đi lặp lại trong thời gian dài chứ chưa nói đến hoạt động liên tục;thứ tư, không có vật liệu Q-switching phù hợp.Mặc dù nghiên cứu về laser hồng ngoại sóng ngắn dựa trên kính Er luôn thu hút sự chú ý của mọi người, nhưng vì bốn lý do trên, không có sản phẩm nào ra đời.Cho đến năm 1990, với sự xuất hiện của các thanh laze bán dẫn có bước sóng 940 nm và 980 nm, cùng sự xuất hiện của các vật liệu hấp thụ bão hòa như Co2+:MgAl2O4 (aluminat magie pha tạp coban), hai nút cổ chai lớn của nguồn bơm và Q-switching đã bị phá vỡ.Nghiên cứu về laser thủy tinh đã phát triển nhanh chóng.Đặc biệt trong những năm gần đây, mô-đun laser thủy tinh Er thu nhỏ của đất nước tôi, tích hợp nguồn bơm bán dẫn, kính Er và khoang cộng hưởng, nặng không quá 10 g và có công suất sản xuất hàng loạt nhỏ là các mô-đun công suất cực đại 50 kW.Tuy nhiên, do hiệu suất nhiệt kém của vật liệu thủy tinh Er, tần số lặp lại của mô-đun laser vẫn còn tương đối thấp.Tần số laze của mô-đun 50 kW chỉ là 5 Hz và tần số laze tối đa của mô-đun 20 kW là 10 Hz, tần số này chỉ có thể được sử dụng trong các ứng dụng tần số thấp.
Đầu ra laze 1,064 μm của laze xung Nd:YAG có công suất cực đại lên tới megawatt.Khi ánh sáng kết hợp mạnh như vậy đi qua một số vật liệu đặc biệt, các photon của nó bị tán xạ không đàn hồi trên các phân tử của vật liệu, nghĩa là các photon được hấp thụ và tạo ra các photon tần số tương đối thấp.Có hai loại chất có thể đạt được hiệu ứng chuyển đổi tần số này: một là tinh thể phi tuyến tính, chẳng hạn như KTP, LiNbO3, v.v.;còn lại là khí áp suất cao như H2.Đặt chúng trong khoang cộng hưởng quang học để tạo thành một bộ dao động tham số quang học (OPO).
OPO dựa trên khí áp suất cao thường đề cập đến bộ dao động tham số ánh sáng tán xạ Raman được kích thích.Ánh sáng bơm được hấp thụ một phần và tạo ra sóng ánh sáng tần số thấp.Laser Raman trưởng thành sử dụng tia laser 1,064 μm để bơm khí H2 áp suất cao để thu được tia laser hồng ngoại sóng ngắn 1,54 μm.
BỨC TRANH 1
Ứng dụng điển hình của hệ thống GV hồng ngoại sóng ngắn là chụp ảnh đường dài vào ban đêm.Đèn chiếu sáng laze phải là tia laze hồng ngoại sóng ngắn xung ngắn có công suất cực đại cao và tần số lặp lại của nó phải phù hợp với tần số khung hình của máy ảnh nhấp nháy.Theo tình trạng hiện tại của laser hồng ngoại sóng ngắn trong và ngoài nước, laser Er: YAG được bơm điốt và laser trạng thái rắn 1,57 μm dựa trên OPO là những lựa chọn tốt nhất.Tần số lặp lại và công suất cực đại của laser thủy tinh Er thu nhỏ vẫn cần được cải thiện.3.Ứng dụng laser hồng ngoại sóng ngắn trong chống trinh sát quang điện
Bản chất của chống trinh sát laser hồng ngoại sóng ngắn là chiếu xạ thiết bị trinh sát quang điện tử của kẻ thù hoạt động trong dải hồng ngoại sóng ngắn bằng chùm tia laser hồng ngoại sóng ngắn, để nó có thể lấy sai thông tin mục tiêu hoặc không thể hoạt động bình thường, hoặc thậm chí máy dò bị hỏng.Có hai phương pháp chống trinh sát laser hồng ngoại sóng ngắn điển hình, đó là gây nhiễu đánh lừa khoảng cách đối với máy đo khoảng cách laser an toàn cho mắt người và triệt tiêu thiệt hại đối với camera hồng ngoại sóng ngắn.
1.1 Nhiễu đánh lừa khoảng cách đối với máy đo khoảng cách laser an toàn cho mắt người
Máy đo khoảng cách laser xung chuyển đổi khoảng cách giữa mục tiêu và mục tiêu bằng khoảng thời gian xung laser đi qua lại giữa điểm phóng và mục tiêu.Nếu máy dò rangefinder nhận được các xung laze khác trước khi tín hiệu dội lại của mục tiêu đến điểm phóng, nó sẽ dừng thời gian và khoảng cách được chuyển đổi không phải là khoảng cách thực của mục tiêu mà nhỏ hơn khoảng cách thực của mục tiêu.Khoảng cách sai, đạt được mục đích đánh lừa khoảng cách của máy đo khoảng cách.Đối với máy đo khoảng cách laze an toàn cho mắt, có thể sử dụng tia laze xung hồng ngoại sóng ngắn có cùng bước sóng để thực hiện giao thoa đánh lừa khoảng cách.
Tia laze thực hiện giao thoa đánh lừa khoảng cách của máy đo khoảng cách mô phỏng sự phản xạ khuếch tán của mục tiêu tới tia laze, do đó công suất cực đại của tia laze rất thấp, nhưng phải đáp ứng hai điều kiện sau:
1) Bước sóng laser phải giống với bước sóng hoạt động của máy đo khoảng cách bị nhiễu.Một bộ lọc nhiễu được cài đặt phía trước máy dò rangefinder và băng thông rất hẹp.Các tia laser có bước sóng khác với bước sóng làm việc không thể chạm tới bề mặt cảm quang của máy dò.Ngay cả các tia laser 1,54 μm và 1,57 μm có bước sóng tương tự cũng không thể giao thoa với nhau.
2) Tần số lặp lại của laser phải đủ cao.Máy dò rangefinder chỉ phản ứng với tín hiệu laser chạm tới bề mặt cảm quang của nó khi phạm vi được đo.Để đạt được nhiễu hiệu quả, xung nhiễu ít nhất phải ép vào cổng sóng của máy đo khoảng cách 2 đến 3 xung.Cổng phạm vi có thể đạt được hiện nay ở mức μs, vì vậy laser giao thoa phải có tần số lặp lại cao.Lấy khoảng cách mục tiêu là 3 km làm ví dụ, thời gian cần thiết để tia laser quay đi quay lại một lần là 20 μs.Nếu ít nhất 2 xung được nhập vào thì tần số lặp lại của laser phải đạt 50 kHz.Nếu phạm vi tối thiểu của máy đo khoảng cách laze là 300 m, thì tần số lặp lại của thiết bị gây nhiễu không thể thấp hơn 500 kHz.Chỉ có laser bán dẫn và laser sợi quang mới có thể đạt được tốc độ lặp lại cao như vậy.
1.2 Chống nhiễu và hư hỏng camera hồng ngoại sóng ngắn
Là thành phần cốt lõi của hệ thống tạo ảnh hồng ngoại sóng ngắn, camera hồng ngoại sóng ngắn có dải động năng hạn chế của công suất quang phản hồi của máy dò mặt phẳng tiêu InGaAs của nó.Nếu công suất quang tới vượt quá giới hạn trên của dải động, hiện tượng bão hòa sẽ xảy ra và máy dò không thể thực hiện hình ảnh bình thường.Công suất cao hơn Tia laze sẽ gây hư hỏng vĩnh viễn cho máy dò.
Laser bán dẫn liên tục và công suất cực đại thấp và laser sợi quang có tần số lặp lại cao phù hợp để khử nhiễu liên tục của camera hồng ngoại sóng ngắn.Liên tục chiếu tia laser vào camera hồng ngoại sóng ngắn.Do hiệu ứng ngưng tụ có độ phóng đại lớn của thấu kính quang học, khu vực đạt được bởi điểm khuếch tán laze trên mặt phẳng tiêu cự InGaAs bị bão hòa nghiêm trọng và do đó không thể chụp ảnh bình thường.Chỉ sau khi ngừng chiếu tia laser trong một khoảng thời gian, hiệu suất hình ảnh mới có thể dần trở lại bình thường.
Theo kết quả của nhiều năm nghiên cứu và phát triển các sản phẩm đối phó chủ động bằng laze trong dải tần nhìn thấy và cận hồng ngoại cũng như các thử nghiệm hiệu quả gây hại trên nhiều trường, chỉ những tia laze xung ngắn có công suất cực đại từ megawatt trở lên mới có thể gây ra thiệt hại không thể khắc phục đối với TV camera ở khoảng cách hàng km.hư hại.Hiệu ứng sát thương có thể đạt được hay không, công suất cực đại của tia laser mới là mấu chốt.Miễn là công suất cực đại cao hơn ngưỡng thiệt hại của máy dò, một xung đơn lẻ có thể làm hỏng máy dò.Từ góc độ khó khăn trong thiết kế laser, tản nhiệt và tiêu thụ điện năng, tần số lặp lại của laser không nhất thiết phải đạt tốc độ khung hình của máy ảnh hoặc thậm chí cao hơn, và 10 Hz đến 20 Hz có thể đáp ứng các ứng dụng chiến đấu thực tế.Đương nhiên camera hồng ngoại sóng ngắn cũng không ngoại lệ.
Máy dò mặt phẳng tiêu cự InGaAs bao gồm CCD bắn phá điện tử dựa trên catốt quang di chuyển điện tử InGaAs/InP và CMOS được phát triển sau này.Ngưỡng bão hòa và thiệt hại của chúng có cùng thứ tự độ lớn như CCD/CMOS dựa trên Si, nhưng các máy dò dựa trên InGaAs/InP vẫn chưa thu được.Dữ liệu ngưỡng bão hòa và thiệt hại của CCD/COMS.
Theo tình trạng hiện tại của laser hồng ngoại sóng ngắn trong và ngoài nước, laser trạng thái rắn tần số lặp lại 1,57 μm dựa trên OPO vẫn là lựa chọn tốt nhất để gây sát thương bằng laser đối với CCD/COMS.Hiệu suất thâm nhập khí quyển cao và laser xung ngắn công suất cực đại cao. Phạm vi bao phủ điểm sáng và các đặc tính hiệu quả của xung đơn là điều hiển nhiên đối với khả năng tiêu diệt mềm của hệ thống quang điện tử đường dài được trang bị camera hồng ngoại sóng ngắn.
2 .Kết luận
Laser hồng ngoại sóng ngắn có bước sóng từ 1,1 μm đến 1,7 μm có độ truyền qua khí quyển cao và khả năng xuyên qua sương mù, mưa, tuyết, khói, cát và bụi mạnh.Nó là vô hình đối với thiết bị nhìn ban đêm ánh sáng yếu truyền thống.Tia laser trong dải 1,4 μm đến 1,6 μm an toàn cho mắt người và có các tính năng đặc biệt như máy dò trưởng thành với bước sóng phản ứng cực đại trong dải này và đã trở thành hướng phát triển quan trọng cho các ứng dụng quân sự bằng laser.
Bài báo này phân tích các đặc tính kỹ thuật và hiện trạng của bốn loại laser hồng ngoại sóng ngắn điển hình, bao gồm laser bán dẫn photpho, laser sợi quang pha tạp Er, laser trạng thái rắn pha tạp Er và laser trạng thái rắn dựa trên OPO, đồng thời tóm tắt việc sử dụng của các tia laser hồng ngoại sóng ngắn này trong hoạt động trinh sát quang điện.Ứng dụng tiêu biểu trong chống trinh sát.
1) Laser bán dẫn phốt pho tần số lặp lại cao liên tục và công suất cực đại thấp và laser sợi quang pha tạp Er chủ yếu được sử dụng để chiếu sáng phụ trợ cho giám sát tàng hình đường dài và nhắm vào ban đêm và triệt nhiễu camera hồng ngoại sóng ngắn của đối phương.Laser bán dẫn phốt-pho xung ngắn có độ lặp lại cao và laser sợi quang pha tạp Er cũng là nguồn sáng lý tưởng cho phạm vi an toàn mắt của hệ thống đa xung, radar hình ảnh quét laze và nhiễu đánh lừa khoảng cách máy đo khoảng cách laze an toàn cho mắt.
2) Laser trạng thái rắn dựa trên OPO với tốc độ lặp lại thấp nhưng có công suất cực đại megawatt hoặc thậm chí mười megawatt có thể được sử dụng rộng rãi trong radar hình ảnh flash, quan sát cổng laser đường dài vào ban đêm, tia laser hồng ngoại sóng ngắn và chế độ truyền thống từ xa mắt người Laser an toàn khác nhau.
3) Laser thủy tinh Er thu nhỏ là một trong những hướng phát triển nhanh nhất của laser hồng ngoại sóng ngắn trong những năm gần đây.Các mức công suất hiện tại và tần số lặp lại có thể được sử dụng trong máy đo khoảng cách laser an toàn cho mắt thu nhỏ.Theo thời gian, một khi công suất cực đại đạt đến mức megawatt, nó có thể được sử dụng cho radar chụp ảnh bằng đèn flash, quan sát cổng laze và gây sát thương bằng laze cho camera hồng ngoại sóng ngắn.
4) Laser Er: YAG được bơm bằng đi-ốt ẩn thiết bị cảnh báo laser là hướng phát triển chủ đạo của laser hồng ngoại sóng ngắn công suất cao.Nó có tiềm năng ứng dụng lớn trong đèn flash, quan sát cổng laser đường dài vào ban đêm và sát thương bằng laser.
Trong những năm gần đây, khi các hệ thống vũ khí có yêu cầu tích hợp hệ thống quang điện tử ngày càng cao, thiết bị laser nhỏ và nhẹ đã trở thành xu hướng tất yếu trong quá trình phát triển thiết bị laser.Laser bán dẫn, laser sợi quang và laser thu nhỏ với kích thước nhỏ, trọng lượng nhẹ và tiêu thụ điện năng thấp Laser thủy tinh Er đã trở thành hướng phát triển chính của laser hồng ngoại sóng ngắn.Đặc biệt, laser sợi quang với chất lượng chùm tia tốt có tiềm năng ứng dụng lớn trong chiếu sáng phụ trợ vào ban đêm, giám sát và nhắm mục tiêu tàng hình, quét hình ảnh quét và can thiệp triệt tiêu laser.Tuy nhiên, công suất/năng lượng của ba loại laser nhỏ và nhẹ này nhìn chung thấp, chỉ có thể sử dụng cho một số ứng dụng trinh sát tầm ngắn, không thể đáp ứng nhu cầu trinh sát và phản công tầm xa.Do đó, trọng tâm của sự phát triển là tăng công suất/năng lượng của laser.
Các tia laze trạng thái rắn dựa trên OPO có chất lượng chùm tia tốt và công suất cực đại cao, đồng thời lợi thế của chúng trong việc quan sát từ xa, radar hình ảnh flash và tác hại của tia laze vẫn còn rất rõ ràng, đồng thời cần tăng thêm năng lượng đầu ra của tia laze và tần số lặp lại của tia laze .Đối với laser Er:YAG được bơm bằng đi-ốt, nếu năng lượng xung được tăng lên trong khi độ rộng xung được nén thêm, thì nó sẽ trở thành giải pháp thay thế tốt nhất cho laser trạng thái rắn OPO.Nó có lợi thế trong việc quan sát từ xa, radar hình ảnh flash và sát thương bằng laser.Tiềm năng ứng dụng lớn.
Thêm thông tin sản phẩm, bạn có thể đến thăm trang web của chúng tôi:
https://www.erbiumt Technology.com/
E-mail:devin@erbiumtechnology.com
WhatsApp: +86-18113047438
Fax: +86-2887897578
Địa chỉ: Số 23, đường Chaoyang, đường Xihe, quận Longquanyi, Thành Đô, 610107, Trung Quốc.
Thời gian cập nhật: Mar-02-2022
