تطبيق 1550nm الليزر الليفي القابل للضبط بتردد واحد
2021-09-01
تتميز الليزرات الليفية أحادية التردد بخصائص فريدة مثل عرض خط ضيق للغاية وتردد قابل للتعديل وطول تماسك طويل للغاية وضوضاء منخفضة للغاية. يمكن استخدام تقنية FMCW الموجودة على رادار الميكروويف للكشف المتسق عالي الدقة للأهداف بعيدة المدى للغاية. غيّر المفاهيم المتأصلة في السوق فيما يتعلق باستشعار الألياف ونطاق الليدار والليزر ، واستمر في تنفيذ الثورة في تطبيقات الليزر حتى النهاية.
التطبيق في استشعار الألياف الضوئية: يمكن استخدام ليزرات الألياف ذات النطاق الضيق للغاية على أنظمة استشعار الألياف الموزعة لاكتشاف الأهداف وتحديد موقعها وتصنيفها على بعد 10 كيلومترات. مبدأ التطبيق الأساسي الخاص به هو تقنية الموجة المستمرة ذات التردد المعدل (FMCW) ، والتي يمكن أن توفر حماية أمان مستشعر منخفضة التكلفة وموزعة بالكامل لمحطات الطاقة النووية وخطوط أنابيب النفط والغاز والقواعد العسكرية وحدود الدفاع الوطني. في تقنية FMCW ، يتغير تردد خرج الليزر باستمرار حول التردد المركزي ، ويقترن جزء من ضوء الليزر في ذراع مرجعي مع انعكاس ثابت. في نظام الكشف المترابط غير المتجانسة ، يعمل الذراع المرجعية كتذبذب محلي دور LO (LO). يعمل كجهاز استشعار وهو عبارة عن ألياف ضوئية طويلة جدًا ، يرجى الاطلاع على الشكل 2. يتم خلط ضوء الليزر المنعكس من ألياف الاستشعار مع الضوء المرجعي من المذبذب المحلي لإنتاج تردد نبضي بصري ، والذي يتوافق مع فارق التأخير الزمني الخاص به يختبر. يمكن الحصول على المعلومات البعيدة عن ألياف الاستشعار عن طريق قياس تردد النبض للتيار الضوئي على محلل الطيف. يمكن أن يكون الانعكاس الموزع على ألياف الاستشعار هو أبسط تشتت خلفي رايلي. من خلال تقنية الكشف المتماسكة ، يمكن بسهولة اكتشاف الإشارات ذات الحساسية المنخفضة التي تصل إلى -100 ديسيبل. في الوقت نفسه ، نظرًا لأن إشارة الضرب للتيار الضوئي تتناسب مع إشارة الضوء المنعكسة وقوة الضوء المرجعي من المذبذب المحلي ، وللمصباح المرجعي أيضًا وظيفة تضخيم ضوء الإشارة ، يمكن لتقنية الاستشعار هذه تحقيق تيار آخر لا يمكن لأي تقنية استشعار للألياف الضوئية أن تحقق قياسًا ديناميكيًا لمسافات طويلة جدًا. العوامل الخارجية التي تتداخل مع ألياف الاستشعار ، مثل الضغط ودرجة الحرارة والصوت والاهتزاز ، ستؤثر بشكل مباشر على ضوء الليزر المنعكس ، وبالتالي تحقيق اكتشاف هذه البيئات الخارجية. ومع ذلك ، بالنسبة لأي مجموعة من أنظمة تكنولوجيا FMCW المتماسكة ، فإن الجزء الأكثر أهمية هو الحاجة إلى مصدر ضوء بطول تماسك طويل لتحقيق دقة مكانية عالية ونطاق قياس كبير. يفكر الاتصال بالمكتبة الضوئية في ما تعتقده ، ويصمم لك مجموعة متنوعة من أشعة الليزر الليفية فائقة الضيق. تستفيد هذه الليزرات من التكنولوجيا الحاصلة على براءة اختراع للولايات المتحدة ، والتردد أحادي تمامًا ، ويمكن أن يصل طول التماسك إلى عشرات الكيلومترات ، وهو مصدر الضوء الأكثر مثالية في تقنية FMCW. يمتلك ليزر الألياف المجهز باتصالات المكتبة الضوئية أطول مسافة استشعار تزيد عن 10 كيلومترات ، في حين أن مسافة الكشف عن ثنائيات ليزر DFB في السوق لا تتجاوز بضع مئات من الأمتار. نظرًا لأن جهازًا واحدًا فقط من أجهزة الليزر والكاشف الضوئي يمكنه مراقبة التغييرات في أجزاء الاستشعار لمسافات طويلة جدًا ، يمكن لنظام الاستشعار ترقية معايير الأمان الحالية بتكلفة منخفضة جدًا ، والتي يمكن استخدامها على نطاق واسع في مجموعة واسعة من التطبيقات. وأمن الوطن لمسافات طويلة والمجالات العسكرية.
مؤشر الليزر والمدى العسكري: في الوقت الحالي ، عادةً ما تكون منصة ISR (الاستخبارات والمراقبة والاستطلاع) العسكرية المتكاملة مزودة بنظام تصوير كهربائي بصري ، والذي يمكنه بشكل عام التصوير على مسافات طويلة وتحديد موقع حركة الأهداف الصغيرة بدقة ، مثل مركبات الإطلاق والدبابات. ومع ذلك ، نظرًا لتأثير دقة التضاريس في نظام التصوير ، لا يمكن للنظام عمومًا نقل الموقع الدقيق للهدف إلى منصات القيادة هذه لتوجيه السلاح إلى الهدف. في الواقع ، لطالما كان لدى الجيش طلب كبير على المدى المنخفض التكلفة ، والمسافات الطويلة جدًا (عدة مئات من الكيلومترات) ، ومؤشر / نطاق الليزر عالي الدقة (أقل من متر واحد) من حيث أنظمة ISR . في الوقت الحالي ، تبلغ مسافة القياس لجهاز تحديد المدى الليزري التجاري العام من 10 إلى 20 كيلومترًا ، وهو مقيد بمدى ديناميكي وحساسية القياس ، ولا يمكنه تلبية متطلبات نظام ISR العسكري. في الوقت الحاضر ، تعتمد معظم أجهزة تحديد المدى بالليزر على مبدأ انعكاس المجال الزمني البصري لليزر النبضي. وهي تتألف من أجهزة كشف ضوئية سريعة وأجهزة تحليل بسيطة ، والتي تكتشف مباشرة إشارات نبضة الضوء المنعكسة من الهدف. عادة ما تكون دقة القياس من 1 إلى 10 أمتار ، وهي محدودة بعرض نبضة الليزر (بالنسبة إلى نبضة الليزر الطويلة من 3 إلى 30 نانومتر). كلما كانت نبضة الليزر أقصر ، زادت دقة القياس ، كما سيتم تحسين عرض النطاق الترددي لقياس الليزر بشكل كبير. سيؤدي هذا بلا شك إلى زيادة ضوضاء الكشف ، وبالتالي تقليل مسافة القياس الديناميكية. نظرًا لأن إشارة التيار الضوئي تتناسب خطيًا مع طاقة إشارة الضوء المنعكس ، فإن هذه الضوضاء المحسّنة تحد من حساسية إشارة الكشف. وبسبب هذا ، فإن أطول مسافة قياس لجهاز تحديد المدى الليزري العسكري الحالي هي فقط 10-20 كيلومترًا. استنادًا إلى مبدأ تقنية FMCW ، يمكن استخدام ليزر الألياف ذو عرض خطي ضيق للغاية 1550 نانومتر على نطاق واسع في مؤشر هدف الليزر والليزر الذي يمتد لمئات الكيلومترات ، بحيث يمكن بناء منصة ISR بتكلفة منخفضة جدًا. تتكون مجموعة مؤشرات / نطاق الليزر لمسافات طويلة جدًا من الليزر ، وموزع الموازاة وجهاز الاستقبال ، ومحلل الإشارات. يتم تعديل تردد الليزر ذي النطاق الضيق بشكل خطي وسريع. يمكن الحصول على المعلومات البعيدة عن طريق قياس ضوء الإشارة المنعكس من الهدف وخلط الضوء المرجعي لتوليد تيار ضوئي. في نظام تقنية FMCW ، يحدد عرض الخط أو طول تماسك الليزر مسافة القياس وحساسيته. يبلغ عرض خط الليزر الليفي الذي توفره اتصالات المكتبة الضوئية منخفضًا يصل إلى 2 كيلو هرتز ، وهو أقل بمقدار 2-3 أوامر من عرض الخط لأفضل ليزر أشباه موصلات في العالم. يمكن أن تحقق هذه الميزة المهمة مؤشر الليزر وقياس المسافة لمئات الكيلومترات ، والدقة تصل إلى متر واحد أو حتى أقل من متر واحد. تتميز أداة القياس / مؤشر الليزر المصنوعة من ليزر الألياف هذا بالعديد من المزايا مقارنة بمعظم أدوات قياس / مؤشرات الليزر الحالية القائمة على الليزر النبضي ، بما في ذلك المسافة الديناميكية الطويلة جدًا ، وحساسية القياس العالية جدًا ، وآمنة للعين البشرية ، وصغيرة الحجم ، وخفيفة الوزن ، مستقر وثابت ، سهل التركيب ، إلخ.
دوبلر ليدار: بشكل عام ، تتطلب أنظمة الرادار المتماسكة مصادر ضوء الليزر النبضي ، ومن أجل توليد إشارات غير متجانسة أو متجانسة لاستشعار دوبلر ، يجب أن تعمل هذه الليزرات أيضًا بتردد واحد. ومع ذلك ، عادةً ما تتكون مثل هذه الليزرات من ثلاثة أجزاء: الليزر الفرعي والليزر الرئيسي والتحكم في الدائرة المعقدة. من بينها ، الليزر الفرعي عبارة عن مذبذب ليزر نابض عالي الطاقة ، والليزر الرئيسي هو ليزر مستمر منخفض الطاقة ولكنه مستقر للغاية ، ويستخدم جزء التحكم الإلكتروني بشكل أساسي للتحكم في التذبذب أحادي التردد للليزر الفرعي والحفاظ عليه . ليس هناك شك في أن هذا الليزر النبضي التقليدي أحادي التردد ضخم للغاية ، ويواجه تحديات كبيرة في المتانة والمتانة ، ولا يمكن زيادته لأنه يتطلب معايرة متكررة ومزعجة للمكونات البصرية الحساسة المنفصلة. في الوقت نفسه ، يجب أن تتطابق مع أن إشارة البذور من الليزر الرئيسي يمكن أن تقترن بسلاسة في الليزر الفرعي. يمكن أن يرضي ليزر الألياف النبضي أحادي التردد ذو الألياف Q-switched نظام ليدار دوبلر فائق القوة والمضغوط. يمكن أن يعمل هذا الليزر الجديد بمفرده مع مذبذب محلي ، ويمكن أيضًا قفله بالتردد لعملية النبض ، ويمكن استخدامه أيضًا كمصدر أساسي لحقن الليزر من خلال مذبذب محلي. يمكن قراءة انزياح تردد دوبلر المنعكس بسهولة عن طريق فحص التيار الضوئي الناتج عن خلط الضوء المرجعي وضوء الإشارة. ليزر الألياف الموجي المستمر لاتصالات المكتبة الضوئية هو مصدر الليزر المثالي. يتمتع بدرجة عالية من التوافق مع ليزر الألياف النبضي بالكامل. يتم دمج جميع الأجهزة الإلكترونية الضوئية في صندوق صغير وخفيف الوزن ، وهو مناسب جدًا للعمل الميداني. نظرًا لهيكل الدليل الموجي الطبيعي للألياف ، لا يتطلب ليزر الألياف محاذاة وتعديلًا بصريًا على الإطلاق. في الوقت نفسه ، ما لم يكن من خلال التحويل المعقد للتردد غير الخطي ، لا تستطيع ليزرات الحالة الصلبة البلورية الحالية عمومًا إخراج الطول الموجي البالغ 1550 نانومتر الذي يعتبر آمنًا للعين البشرية. وهذا يجعل الليزر الليفي المشبع بالإربيوم أكثر جاذبية وبالتالي يصبح أحد أفضل مصادر الضوء لليدار.
We use cookies to offer you a better browsing experience, analyze site traffic and personalize content. By using this site, you agree to our use of cookies.
Privacy Policy
