루미스팟 테크놀로지(주)는 수년간의 연구 개발을 통해 80mJ의 에너지, 20Hz의 반복 주파수, 그리고 인간의 눈에 안전한 파장 1.57μm의 소형 경량 펄스 레이저를 개발했습니다. 이 연구 결과는 KTP-OPO의 통신 효율을 높이고 펌프 소스 다이오드 레이저 모듈의 출력을 최적화함으로써 달성되었습니다. 시험 결과에 따르면, 이 레이저는 -45℃에서 65℃까지의 넓은 작동 온도 요건을 충족하며, 뛰어난 성능을 발휘하여 중국 내 선진 수준에 도달했습니다.
펄스 레이저 거리 측정기는 레이저 펄스를 표적에 직접 조사하는 방식으로, 고정밀 거리 측정, 강력한 간섭 방지 기능, 그리고 소형 구조라는 장점을 가진 거리 측정기입니다. 이 제품은 엔지니어링 측정 및 기타 분야에서 널리 사용됩니다. 이 펄스 레이저 거리 측정 방식은 장거리 측정에 가장 널리 사용됩니다. 이 장거리 거리 측정기에서는 고에너지와 작은 빔 산란각을 가진 고체 레이저를 선택하고, Q-스위칭 기술을 사용하여 나노초 레이저 펄스를 출력하는 것이 더 바람직합니다.
펄스 레이저 거리 측정기의 관련 동향은 다음과 같습니다.
(1) 인체 안전 레이저 거리 측정기: 1.57um 광학 매개 변수 발진기는 대부분의 거리 측정 분야에서 점차 기존 1.06um 파장 레이저 거리 측정기의 위치를 대체하고 있습니다.
(2) 소형, 경량의 소형화된 원격 레이저 거리 측정기.
탐지 및 영상 시스템 성능이 향상됨에 따라, 20km 이상 떨어진 0.1m² 크기의 소형 표적을 측정할 수 있는 원격 레이저 거리 측정기가 요구됩니다. 따라서 고성능 레이저 거리 측정기에 대한 연구가 시급합니다.
최근 몇 년 동안 루미스팟 테크는 빔 산란 각도가 작고 동작 성능이 높은 1.57um 파장의 안전한 고체 레이저를 연구, 설계, 생산 및 판매에 주력해 왔습니다.
최근 Lumispot Tech는 소형화된 장거리 레이저 거리 측정기 연구의 실제적인 수요에 따라 높은 피크 전력과 컴팩트한 구조를 갖춘 1.57um의 안구 안전 파장 공랭 레이저를 설계했습니다. 실험 후 이 레이저는 광범위한 작동 온도 범위인 -40~65도에서 뛰어난 성능과 강력한 환경 적응성을 가지고 있어 광범위한 적용 가능성을 보여주었습니다.
다음 방정식을 통해, 다른 기준 물질의 고정량을 사용하여 최대 출력 전력을 향상시키고 빔 산란각을 감소시킴으로써 거리계의 측정 거리를 향상시킬 수 있습니다. 결과적으로, 최대 출력 전력 값과 작은 빔 산란각, 이 두 가지 요소는 특정 거리계의 거리 측정 능력을 결정하는 핵심 요소입니다.
인간의 눈에 안전한 파장을 가진 레이저를 구현하는 핵심 요소는 비선형 결정, 위상 정합 방법, 그리고 OPO 내부 구조 설계를 포함하는 광 매개 변수 발진기(OPO) 기술입니다. 비선형 결정의 선택은 높은 비선형 계수, 높은 손상 저항 임계값, 안정적인 화학적 및 물리적 특성, 그리고 성숙한 성장 기술 등에 따라 달라지며, 위상 정합이 우선되어야 합니다. 수용각이 크고 이탈각이 작은 비임계 위상 정합 방법을 선택하십시오. OPO 공동 구조는 신뢰성을 보장하기 위해 효율과 빔 품질을 고려해야 합니다. 위상 정합 각도에 따른 KTP-OPO 출력 파장의 변화 곡선에서, θ=90°일 때 신호광은 인간의 눈에 안전한 레이저를 정확하게 출력할 수 있습니다. 따라서 설계된 결정은 한쪽 면을 따라 절단되었으며, 각도 정합은 θ=90°, φ=0°를 사용했습니다. 즉, 결정의 유효 비선형 계수가 가장 크고 분산 효과가 없는 경우, 클래스 정합 방법을 사용합니다.
위의 문제점을 종합적으로 고려하여 현재 국내 레이저 기술 및 장비의 개발 수준을 종합적으로 고려하여 최적의 기술 솔루션을 제시한다. OPO는 Class II 비임계 위상 매칭 외부 공동 듀얼 공동 KTP-OPO 설계를 채택한다. 2개의 KTP-OPO는 수직 입사 방식으로 탠덤 구조로 배치되어 변환 효율과 레이저 신뢰성을 향상시킨다.그림 1위에.
펌프 소스는 자체 연구 및 개발한 전도성 냉각 반도체 레이저 어레이로, 듀티 사이클은 최대 2%, 단일 바(bar)당 최대 출력은 100W, 총 작동 출력은 12,000W입니다. 직각 프리즘, 평면 전반사 거울, 편광판은 접힌 편광 결합 출력 공진 공동을 형성하며, 직각 프리즘과 파장판을 회전시켜 원하는 1064nm 레이저 결합 출력을 얻습니다. Q 변조 방식은 KDP 크리스털을 기반으로 하는 가압 능동 전기광학 Q 변조 방식입니다.
그림 1직렬로 연결된 두 개의 KTP 결정
이 방정식에서 Prec는 감지 가능한 가장 작은 작업 전력입니다.
Pout은 작업 전력의 최대 출력 값입니다.
D는 수신 광학 시스템 조리개입니다.
t는 광학계의 투과율이다.
θ는 레이저의 방출 빔 산란 각도입니다.
r은 표적의 반사율이다.
A는 목표 등가 단면적입니다.
R은 가장 큰 측정 범위입니다.
σ는 대기 흡수 계수입니다.
그림 2: 자체개발을 통한 아크형 바 어레이 모듈,
중앙에 YAG 크리스털 막대가 있습니다.
그만큼그림 2호 모양의 막대 스택으로, 모듈 내부에 1% 농도의 YAG 결정 막대를 레이저 매질로 배치했습니다. 레이저의 측면 이동과 레이저 출력의 대칭 분포 사이의 모순을 해결하기 위해 120도 각도로 LD 어레이를 대칭적으로 배치했습니다. 펌프 소스는 1064nm 파장이며, 두 개의 6000W 곡선 어레이 막대 모듈이 직렬 반도체 탠덤 펌핑 방식으로 배열되었습니다. 출력 에너지는 0~250mJ이며, 펄스 폭은 약 10ns, 주파수는 20Hz입니다. 폴드 캐비티(folded cavity)가 사용되었으며, 탠덤 KTP 비선형 결정 후 1.57μm 파장의 레이저가 출력되었습니다.
그래프 31.57um 파장 펄스 레이저의 치수 도면
그래프 4:1.57um 파장 펄스 레이저 샘플 장비
그래프 5:1.57μm 출력
그래프 6:펌프 소스의 변환 효율
레이저 에너지 측정을 적용하여 각각 두 가지 파장의 출력 전력을 측정합니다. 아래 그래프에 따르면 에너지 값은 20Hz에서 1분 작동 주기로 작동했을 때의 평균값입니다. 그 중 1.57um 파장 레이저에서 생성된 에너지는 1064nm 파장 펌프 소스 에너지에 따라 변화합니다. 펌프 소스의 에너지가 220mJ일 때, 1.57um 파장 레이저의 출력 에너지는 80mJ에 도달할 수 있으며, 변환율은 최대 35%입니다. OPO 신호광은 특정 전력 밀도의 기본 주파수 광의 작용으로 생성되므로 임계값은 1064nm 기본 주파수 광의 임계값보다 높고, 펌핑 에너지가 OPO 임계값을 초과한 후 출력 에너지가 급격히 증가합니다. 그림에서는 OPO 출력 에너지와 효율 사이의 관계를 기본 주파수 광 출력 에너지와 함께 나타내었고, 이를 통해 OPO의 변환 효율이 최대 35%에 도달할 수 있음을 알 수 있습니다.
마침내 에너지가 80mJ 이상, 레이저 펄스 폭이 8.5ns인 1.57μm 파장 레이저 펄스 출력을 얻을 수 있었습니다. 레이저 빔 확장기를 통과하는 출력 레이저 빔의 발산 각도는 0.3mrad입니다. 시뮬레이션과 분석 결과, 이 레이저를 사용한 펄스 레이저 거리 측정기의 거리 측정 능력은 30km를 초과할 수 있는 것으로 나타났습니다.
| 파장 | 1570±5nm |
| 반복 빈도 | 20Hz |
| 레이저 빔 산란 각도(빔 확장) | 0.3~0.6밀리라드 |
| 펄스 폭 | 8.5ns |
| 펄스 에너지 | 80mJ |
| 연속 근무 시간 | 5분 |
| 무게 | ≤1.2kg |
| 작동 온도 | -40℃~65℃ |
| 보관 온도 | -50℃~65℃ |
루미스팟 테크는 자체 기술 연구개발 투자를 확대하고, 연구개발팀 구성을 강화하며, 기술 연구개발 혁신 체계를 완벽하게 구축하는 것 외에도, 외부 산학연 연구기관과 적극적으로 협력하고 있으며, 국내 유명 업계 전문가들과 탄탄한 협력 관계를 구축하고 있습니다. 핵심 기술과 핵심 부품은 자체 개발되었으며, 모든 핵심 부품은 자체 개발 및 제조되었고, 모든 장치는 국산화되었습니다. 브라이트소스 레이저는 기술 개발 및 혁신의 속도를 가속화하고 있으며, 시장 수요를 충족하기 위해 더욱 저렴하고 신뢰성이 높은 인체 안전 레이저 거리 측정기 모듈을 지속적으로 출시할 것입니다.
게시 시간: 2023년 6월 21일