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微片激光器应用在哪些领域

作者: 时间:2021-06-11


微片激光器:

微片(Microchip)激光器,是一种激光二极管抽运,用高掺杂的晶体材料作为增益介质的小型全固态脉冲激光器,一般腔长都控制在毫米量级。由于腔长比较短,其大大缩短了谐振腔内的光子寿命,从而更容易实现激光器的短脉宽输出,且光束质量好、激光亮度高,亦可实现单纵模单频激光输出。也正是由于这个特点,使得这类激光器的结构非常紧凑、寿命长、容易批量化生产。

虽然不同的激光雷达都在用不同的激光器,但是微片激光器时未来气象雷达和环保监测的最佳方案

微片激光器是以微晶片晶体材料(典型厚度为mm量级)为激光工作物质,并在其端面镀膜直接构成谐振腔,将LD芯片快、慢轴整形后作为泵浦源直接泵浦微片晶体,整体激光器系统体积小巧,结构紧凑。因此,微片激光器也叫微型激光器。

增加非线性晶体可以实现二倍频、三倍频、四倍频激光输出,波长包括1535131910641030946660532515473355343237266257213 nm等,能量从1 μJ到百 μJ,重频从1 Hz100 kHz。应用领域包括气象雷达、海岸线测绘雷达、人眼安全测距仪、远程拉曼、LIBS、医疗美容、超声成像、微纳加工、激光放大器种子源等。典型的激光器结构如图9


目前微片激光器的生产企业主要包括:国外的Alphalas、Leukos,在国内维尔克斯光电代理其产品,可以在国内买到,微片激光器在气象雷达中主要是应用于米散射雷达(微脉冲雷达)


微片激光器的优劣势对比

优势:

微片激光器体积小巧,性能问题,成本低廉,不仅在激光雷达,在云高仪,气溶胶监测雷达中实现了批量应用,而且利用半导体或闪光灯的方式,可以对微片激光器的能量放大,在未来还会有更大的应用空间,比如科研领域的光声成像,远程拉曼测量,对危险品的测量。在国防领域的海军和空军也有大量需求。


弱势:

首先微片激光器的能量比较低,重频也难以做的很大,一般100 kHz已经几乎是微片激光器的重频极限了,并不适合做大功率、重频要求很高的应用;其次对于国内市场,产品的认知度不如国外普及。


       微片激光器目前主要的应用前景是气象激光雷达:


激光雷达的主要用处是探测目标特征量的雷达系统,其工作原理是向目标发射激光束作为探测信号,然后接收反射回来的信号,将发射出去的信号与回来的信号进行比较,经过处理之后就可以获得目标的信息,如距离、方位、高度、速度、姿态、甚至形状等参数,从而对相应的目标进行探测、跟踪和识别。

激光雷达三由3个工作步骤完成操作,激光发射机发射光脉冲,通过转台把激光打向四面八方不同的方向,光接收机再把反射回来的光还原成电信号,最后由信息处理器处理结果。

激光雷达的主要应用于气象和环保两个领域。利用激光探测大气,激光气象雷达可以监测到大气气溶胶种类及浓度、痕量气体(臭氧、二氧化碳等)浓度、大气温度、大气湿度、风速、风向等参数,天气预报以及自然灾害预报就是依靠的激光雷达


目前激光雷达的主要有以下几个分类:

-米散射激光雷达

-拉曼激光雷达

-差分吸收激光雷达

-激光测风雷达


那么激光雷达中的激光发射机是用的哪种激光器呢?由于激光雷达的分类不同,他们所用的激光器也有不同:

米散射激光雷达

米散射雷达中的激光器基本都实现了国产化,波长主要是532 nm,少量用户采用1064 nm激光器,能量从20 μJ1 mJ不等。

拉曼激光雷达

拉曼激光雷达多采用波长为532 nm355 nm灯泵激光器,能量需要几十甚至几百毫焦。此类型激光器目前多为进口,国产设备在稳定性上还有所欠缺。

差分吸收激光雷达

差分吸收激光雷达采用差分吸收原理,发射、接收多波长紫外(多为266 nm289 nm299 nm316 nm等)激光器多采用波长为266 nm灯泵激光器,激光能量需达到60 mJ100 mJ级别,使用时需要将266 nm激光先通过拉曼池或拉曼晶体,产生频移激光,利用频移激光来进行探测。此类拉曼激光雷达中使用的激光器,多为进口

激光测风雷达

采用的激光器多为1550 nm的单频光纤激光器,该类型激光器国内多所科研院所及公司均已实现批量生产。





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