Lumispot Technology Co., Ltd., forte de plusieurs années de recherche et développement, a mis au point un laser pulsé compact et léger, d'une énergie de 80 mJ, d'une fréquence de répétition de 20 Hz et d'une longueur d'onde de 1,57 μm, sans danger pour les yeux. Ce résultat a été obtenu en améliorant le rendement de conversion de l'oscillateur KTP-OPO et en optimisant le rendement du module laser à diode de pompage. Les tests ont démontré que ce laser fonctionne dans une large plage de températures, de -45 °C à 65 °C, avec d'excellentes performances, atteignant ainsi un niveau de pointe en Chine.
Le télémètre laser pulsé est un instrument de mesure de distance qui exploite l'impulsion laser dirigée vers la cible. Il se distingue par sa haute précision, sa forte immunité aux interférences et sa structure compacte. Ce produit est largement utilisé dans les travaux de métrologie et d'autres domaines. Cette méthode de télémétrie laser pulsée est particulièrement répandue pour les mesures à longue distance. Dans ce type de télémètre, il est préférable d'utiliser un laser à semi-conducteurs à haute énergie et faible angle de diffusion, et de recourir à la technologie de commutation Q pour générer des impulsions laser nanosecondes.
Les tendances pertinentes concernant les télémètres laser pulsés sont les suivantes :
(1) Télémètre laser sans danger pour les yeux humains : l'oscillateur paramétrique optique de 1,57 µm remplace progressivement le télémètre laser traditionnel de longueur d'onde de 1,06 µm dans la majorité des domaines de télémétrie.
(2) Télémètre laser à distance miniaturisé de petite taille et léger.
L'amélioration des performances des systèmes de détection et d'imagerie exige des télémètres laser capables de mesurer des cibles de petite taille (0,1 m²) à plus de 20 km. Il est donc urgent d'étudier des télémètres laser haute performance.
Ces dernières années, Lumispot Tech a concentré ses efforts sur la recherche, la conception, la production et la vente d'un laser à semi-conducteurs sans danger pour les yeux, d'une longueur d'onde de 1,57 µm, avec un petit angle de diffusion du faisceau et des performances de fonctionnement élevées.
Récemment, Lumispot Tech a conçu un laser refroidi par air, d'une longueur d'onde de 1,57 µm, sans danger pour les yeux, doté d'une puissance de crête élevée et d'une structure compacte. Ce laser répond à un besoin pratique dans le domaine de la miniaturisation des télémètres laser longue portée. Après expérimentation, il a démontré un large potentiel d'application, d'excellentes performances et une grande adaptabilité environnementale sur une large plage de températures de fonctionnement allant de -40 °C à 65 °C.
L'équation suivante, pour des valeurs de référence fixes, montre qu'en augmentant la puissance de crête et en réduisant l'angle de diffusion du faisceau, on peut améliorer la distance de mesure du télémètre. En conséquence, les deux facteurs déterminants pour la capacité de mesure de distance d'un télémètre donné sont la valeur de la puissance de crête et le faible angle de diffusion du faisceau. Un laser compact à refroidissement par air est un élément clé.
L'élément clé pour réaliser un laser à longueur d'onde sans danger pour les yeux humains est la technique de l'oscillateur paramétrique optique (OPO), qui comprend le choix du cristal non linéaire, la méthode d'accord de phase et la conception de la structure interne de l'OPO. Le choix du cristal non linéaire dépend d'un coefficient non linéaire élevé, d'un seuil de résistance aux dommages élevé, de propriétés chimiques et physiques stables et de techniques de croissance éprouvées, etc. L'accord de phase doit être prioritaire. Il convient de sélectionner une méthode d'accord de phase non critique avec un grand angle d'acceptance et un petit angle de déviation. La structure de la cavité OPO doit prendre en compte l'efficacité et la qualité du faisceau tout en garantissant la fiabilité. La courbe de variation de la longueur d'onde de sortie du KTP-OPO en fonction de l'angle d'accord de phase montre que lorsque θ = 90°, le signal lumineux émis correspond exactement à la longueur d'onde sans danger pour les yeux humains. Par conséquent, le cristal conçu est taillé sur une face, l'accord d'angle utilisé étant θ = 90°, φ = 0°, c'est-à-dire l'utilisation d'une méthode d'accord de classe, pour laquelle le coefficient non linéaire effectif du cristal est maximal et où il n'y a pas d'effet de dispersion.
Compte tenu de l'analyse approfondie de la problématique susmentionnée et du niveau de développement actuel des technologies et équipements laser nationaux, la solution technique optimale est la suivante : l'OPO adopte une conception à double cavité externe KTP-OPO non critique de classe II ; les deux KTP-OPO sont montés en tandem à incidence verticale afin d'améliorer l'efficacité de conversion et la fiabilité du laser, comme illustré.Figure 1Au-dessus de.
La source de pompage est un réseau de lasers semi-conducteurs refroidis par conduction, développé et mis au point en interne. Ce réseau présente un rapport cyclique maximal de 2 %, une puissance de crête de 100 W par barrette et une puissance totale de 12 000 W. Un prisme à angle droit, un miroir plan entièrement réfléchissant et un polariseur forment une cavité résonante à couplage de polarisation repliée. La rotation du prisme à angle droit et de la lame d'onde permet d'obtenir la longueur d'onde de 1 064 nm souhaitée. La modulation Q est réalisée par une modulation électro-optique active sous pression, basée sur un cristal KDP.
Figure 1Deux cristaux KTP connectés en série
Dans cette équation, Prec représente la plus petite puissance de travail détectable ;
Pout est la valeur de puissance de travail de crête ;
D est l'ouverture du système optique de réception ;
t est la transmittance du système optique ;
θ est l'angle de diffusion du faisceau émetteur du laser ;
r est le taux de réflexion de la cible ;
A est la surface de section transversale équivalente cible ;
R représente la plus grande plage de mesure ;
σ est le coefficient d'absorption atmosphérique.
Figure 2: Le module de réseau de barres en forme d'arc via auto-développement,
avec la tige de cristal YAG au centre.
LeFigure 2Il s'agit d'empilements de barres en forme d'arc, intégrant des bâtonnets de cristal YAG comme milieu laser à l'intérieur du module, à une concentration de 1 %. Afin de résoudre la contradiction entre le mouvement latéral du laser et la distribution symétrique de la puissance de sortie, une distribution symétrique du réseau de diodes laser (LD) à un angle de 120 degrés a été utilisée. La source de pompage est de longueur d'onde 1064 nm, avec deux modules de barres incurvées de 6000 W montés en série pour un pompage en tandem par semi-conducteurs. L'énergie de sortie est de 0 à 250 mJ, avec une largeur d'impulsion d'environ 10 ns et une fréquence élevée de 20 Hz. Une cavité repliée est utilisée, et le laser de longueur d'onde 1,57 μm est produit après un tunnel à cristaux non linéaires KTP.
Graphique 3Schéma dimensionnel d'un laser pulsé de longueur d'onde 1,57 µm
Graphique 4:équipement d'échantillonnage laser pulsé de longueur d'onde 1,57 µm
Graphique 5 :Sortie de 1,57 μm
Graphique 6 :L'efficacité de conversion de la source de la pompe
L'adaptation du dispositif de mesure d'énergie laser permet de mesurer la puissance de sortie pour deux longueurs d'onde différentes. D'après le graphique ci-dessous, la valeur d'énergie obtenue correspond à la valeur moyenne obtenue à une fréquence de 20 Hz pendant une durée de 1 minute. L'énergie générée par le laser à 1,57 µm varie en fonction de l'énergie de la source de pompage à 1064 nm. Lorsque l'énergie de la source de pompage atteint 220 mJ, l'énergie de sortie du laser à 1,57 µm atteint 80 mJ, soit un rendement de conversion de 35 %. Le signal OPO étant généré sous l'effet d'une certaine densité de puissance de la lumière à fréquence fondamentale, son seuil est supérieur à celui de la lumière à 1064 nm. Son énergie de sortie augmente donc rapidement lorsque l'énergie de pompage dépasse le seuil OPO. La relation entre l'énergie de sortie et l'efficacité de l'OPO avec l'énergie de sortie de la lumière à fréquence fondamentale est illustrée dans la figure, d'où l'on peut constater que l'efficacité de conversion de l'OPO peut atteindre jusqu'à 35 %.
Finalement, il est possible de générer une impulsion laser d'une longueur d'onde de 1,57 μm, d'une énergie supérieure à 80 mJ et d'une durée de 8,5 ns. L'angle de divergence du faisceau laser après expansion est de 0,3 mrad. Les simulations et analyses montrent que la portée d'un télémètre laser pulsé utilisant ce laser peut dépasser 30 km.
| Longueur d'onde | 1570 ± 5 nm |
| Fréquence de répétition | 20 Hz |
| Angle de diffusion du faisceau laser (expansion du faisceau) | 0,3-0,6 mrad |
| largeur d'impulsion | 8,5 ns |
| Énergie pulsée | 80 mJ |
| Heures de travail continues | 5 min |
| Poids | ≤1,2 kg |
| Température de fonctionnement | -40℃~65℃ |
| Température de stockage | -50℃~65℃ |
Outre l'amélioration de ses investissements en recherche et développement technologique, le renforcement de son équipe R&D et le perfectionnement de son système d'innovation technologique, Lumispot Tech collabore activement avec des institutions de recherche externes dans le cadre de partenariats industrie-université-recherche et a établi d'excellentes relations de coopération avec des experts reconnus du secteur en Chine. L'entreprise a développé et fabriqué en interne l'ensemble de ses technologies et composants clés, et tous ses dispositifs sont produits localement. Bright Source Laser accélère ainsi son développement technologique et son innovation, et continuera de proposer des modules de télémètres laser plus économiques et plus fiables, garantissant la sécurité des yeux, afin de répondre aux besoins du marché.
Date de publication : 21 juin 2023