루미스팟 테크놀로지(Lumispot Technology Co., Ltd.)는 수년간의 연구 개발 끝에 80mJ의 에너지, 20Hz의 반복 주파수, 그리고 인체에 안전한 1.57μm의 파장을 갖는 소형 경량 펄스 레이저를 개발하는 데 성공했습니다. 이 연구 성과는 KTP-OPO 변환 효율을 높이고 펌프 소스 다이오드 레이저 모듈의 출력을 최적화함으로써 달성되었습니다. 시험 결과에 따르면, 이 레이저는 -45℃에서 65℃에 이르는 넓은 작동 온도 범위에서 탁월한 성능을 발휘하며, 중국 내 최고 수준의 기술력을 자랑합니다.
펄스 레이저 거리 측정기는 레이저 펄스를 목표물에 직접 조사하는 방식을 이용하여 거리를 측정하는 장비로, 높은 정밀도의 거리 측정 능력, 강력한 항간섭성, 그리고 소형화된 구조라는 장점을 가지고 있습니다. 이 제품은 건설 현장 측정 및 기타 분야에서 널리 사용되고 있으며, 특히 장거리 측정에 가장 많이 활용됩니다. 장거리 거리 측정기에서는 고에너지 및 작은 빔 산란각을 가진 고체 레이저를 사용하고, Q 스위칭 기술을 통해 나노초 단위의 레이저 펄스를 출력하는 것이 바람직합니다.
펄스 레이저 거리 측정기의 관련 동향은 다음과 같습니다.
(1) 인체 눈 안전 레이저 거리 측정기: 1.57um 광학 파라메트릭 발진기는 대부분의 거리 측정 분야에서 기존의 1.06um 파장 레이저 거리 측정기의 위치를 점차 대체하고 있습니다.
(2) 소형 및 경량의 소형 원격 레이저 거리 측정기.
탐지 및 영상 시스템 성능 향상에 따라 20km 이상 거리에서 0.1m² 크기의 소형 목표물을 측정할 수 있는 원격 레이저 거리 측정기가 요구되고 있다. 따라서 고성능 레이저 거리 측정기에 대한 연구가 시급하다.
최근 몇 년 동안 루미스팟 테크는 빔 산란각이 작고 작동 성능이 뛰어난 1.57μm 파장의 눈에 안전한 고체 레이저의 연구, 설계, 생산 및 판매에 주력해 왔습니다.
최근 루미스팟 테크(Lumispot Tech)는 장거리 레이저 거리 측정기 소형화 연구 분야의 실용적인 요구에 부응하여, 높은 피크 출력과 소형 구조를 갖춘 1.57μm 파장의 눈에 안전한 공랭식 레이저를 설계했습니다. 실험 결과, 이 레이저는 -40℃에서 65℃에 이르는 넓은 작동 온도 범위에서 우수한 성능과 뛰어난 환경 적응성을 보여주며, 폭넓은 응용 가능성을 제시합니다.
다음 방정식을 통해 다른 기준값을 고정한 상태에서 최대 출력 파워를 향상시키고 빔 산란각을 감소시킴으로써 거리 측정기의 측정 거리를 향상시킬 수 있습니다. 결과적으로 최대 출력 파워와 작은 빔 산란각, 그리고 공랭식 기능을 갖춘 소형 구조의 레이저라는 두 가지 요소가 특정 거리 측정기의 거리 측정 능력을 결정하는 핵심 요소입니다.
인체 눈에 안전한 파장의 레이저를 구현하는 핵심은 비선형 결정 선택, 위상 정합 방식, OPO 공진기 내부 구조 설계 등을 포함하는 광 파라메트릭 발진기(OPO) 기술입니다. 비선형 결정 선택 시에는 큰 비선형 계수, 높은 손상 저항 임계값, 안정적인 화학적 및 물리적 특성, 성숙한 성장 기술 등을 고려해야 하며, 위상 정합이 최우선적으로 고려되어야 합니다. 수용각이 크고 이탈각이 작은 비임계 위상 정합 방식을 선택해야 합니다. OPO 공진기 구조는 신뢰성 확보를 기반으로 효율과 빔 품질을 고려해야 합니다. KTP-OPO 출력 파장의 위상 정합 각도 변화 곡선에서 θ=90°일 때 신호광이 인체 눈에 안전한 레이저 파장을 정확하게 출력합니다. 따라서 설계된 결정은 한쪽 면을 따라 절단하고, θ=90°, φ=0°의 각도 정합을 사용합니다. 즉, 결정의 유효 비선형 계수가 최대이고 분산 효과가 없는 클래스 정합 방식을 사용합니다.
상기 문제를 종합적으로 고려하고 현재 국내 레이저 기술 및 장비 개발 수준을 감안할 때, 최적화된 기술 솔루션은 다음과 같습니다. OPO는 2급 비임계 위상 정합 외부 공진기 이중 공진 KTP-OPO 설계를 채택하고, 두 개의 KTP-OPO를 직렬 구조로 수직 입사시켜 변환 효율과 레이저 신뢰성을 향상시킵니다(그림 참조).그림 1위에.
펌프 광원은 자체 연구 개발한 전도성 냉각 반도체 레이저 어레이로, 최대 듀티 사이클은 2%, 단일 바의 피크 출력은 100W, 총 동작 출력은 12,000W입니다. 직각 프리즘, 평면 반사 거울 및 편광판은 접힌 편광 결합 출력 공진 공동을 형성하며, 직각 프리즘과 파장판을 회전시켜 원하는 1064nm 레이저 결합 출력을 얻습니다. Q 변조 방식은 KDP 결정을 기반으로 하는 가압 능동 전기광학 Q 변조 방식입니다.
그림 1두 개의 KTP 결정이 직렬로 연결됨
이 방정식에서 Prec는 감지 가능한 최소 작업 전력입니다.
Pout은 작업 동력의 최대 출력 값입니다.
D는 수신 광학 시스템의 개구부입니다.
t는 광학 시스템의 투과율입니다.
θ는 레이저의 방출 빔 산란 각도입니다.
r은 목표물의 반사율입니다.
A는 목표 등가 단면적입니다.
R은 가장 큰 측정 범위입니다.
σ는 대기 흡수 계수입니다.
그림 2: 자체 개발을 통해 제작한 호형 막대 배열 모듈,
YAG 수정 발진기가 가운데에 있습니다.
그만큼그림 2아크형 바 스택 구조에 YAG 결정 막대를 레이저 매질로 모듈 내부에 1% 농도로 배치했습니다. 레이저의 측면 이동과 레이저 출력의 대칭 분포 사이의 모순을 해결하기 위해 LD 어레이를 120도 각도로 대칭 배치했습니다. 펌프 소스는 1064nm 파장이며, 6000W 곡선형 어레이 바 모듈 두 개를 직렬로 연결하여 반도체 탠덤 펌핑 방식을 사용했습니다. 출력 에너지는 0~250mJ이며, 펄스 폭은 약 10ns, 높은 주파수는 20Hz입니다. 폴디드 캐비티를 사용했으며, 탠덤 KTP 비선형 결정 통과 후 1.57μm 파장의 레이저를 출력합니다.
그래프 31.57μm 파장 펄스 레이저의 치수 도면
그래프 4:1.57μm 파장 펄스 레이저 샘플 장비
그래프 5:1.57μm 출력
그래프 6:펌프 소스의 변환 효율
레이저 에너지 측정 방식을 적용하여 두 가지 파장의 출력 전력을 각각 측정했습니다. 아래 그래프에서 볼 수 있듯이, 에너지 값은 20Hz 주파수에서 1분 동안 작동했을 때의 평균값입니다. 이 중 1.57μm 파장 레이저에서 발생하는 에너지는 1064nm 파장 펌프 광원의 에너지와 일정한 관계를 보이며 변화합니다. 펌프 광원의 에너지가 220mJ일 때, 1.57μm 파장 레이저의 출력 에너지는 80mJ에 도달하며, 변환 효율은 최대 35%입니다. OPO 신호광은 특정 전력 밀도의 기본 주파수 광의 작용으로 발생하기 때문에, 그 임계값은 1064nm 기본 주파수 광의 임계값보다 높습니다. 따라서 펌프 에너지가 OPO 임계값을 초과하면 출력 에너지가 급격히 증가합니다. 그림은 OPO 출력 에너지와 효율이 기본 주파수 광 출력 에너지와 어떤 관계를 가지는지 보여주며, 이를 통해 OPO의 변환 효율이 최대 35%에 도달할 수 있음을 알 수 있다.
최종적으로 80mJ 이상의 에너지와 8.5ns의 펄스 폭을 갖는 1.57μm 파장의 레이저 펄스 출력을 얻을 수 있었습니다. 레이저 빔 확장기를 통과하는 출력 레이저 빔의 발산각은 0.3mrad입니다. 시뮬레이션 및 분석 결과, 이 레이저를 사용하는 펄스 레이저 거리 측정기의 거리 측정 능력은 30km를 초과할 수 있음을 보여줍니다.
| 파장 | 1570±5nm |
| 반복 빈도 | 20Hz |
| 레이저 빔 산란 각도(빔 확장) | 0.3-0.6mrad |
| 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 연구 개발 투자를 확대하고, 연구 개발팀 구축을 강화하며, 기술 연구 개발 혁신 시스템을 완비하는 것 외에도, 산학협력 방식으로 외부 연구 기관과 적극적으로 협력하고 있으며, 국내 유명 업계 전문가들과도 긴밀한 협력 관계를 구축해 왔습니다. 핵심 기술과 주요 부품은 자체 개발 및 생산되었으며, 모든 핵심 부품은 자체적으로 개발 및 제조되었고, 모든 제품은 국산화되었습니다. 브라이트 소스 레이저는 기술 개발 및 혁신 속도를 더욱 가속화하여 시장 수요를 충족하기 위해 더욱 저렴하고 신뢰할 수 있는 인체 눈 안전 레이저 거리 측정기 모듈을 지속적으로 출시할 예정입니다.
게시 시간: 2023년 6월 21일