德国推出新型人眼安全激光测距机
德国推出新型人眼安全激光测距机
作者:李红
掺钦忆铝石榴石激光测距仪机 是目前外军已广泛采用的光电装备。但是这种测距机的发射波长是 1064 纳米,它对人眼是不可见的, 但能射入眼睛,损伤视网膜。根据德国激光应用安全标准,这种激光 测距机被列为3B级激光产品。对 于这类产品,几公里以内都属于对 人眼非安全范围,应避免人眼被其照射。这对军事训练十分不利。因 此,国外正在积极开发对人眼安全 的测距机。
1.实现人眼安全的技术途径
选择人眼安全的波长 高于 1400 纳米的激光波长对人眼是安 全的,因为这些波长的激光可以被 眼内吸收,不损伤视网膜。角膜对 长波激光曝光的安全量是 103 瓦/ 米', 而允许 1064 纳 米的激光曝光 量仅为 16 瓦/米2 。对千脉宽为几纳 秒、波长范围为 1530-1550 纳米 的脉冲激光器来说,允许入射人眼 的激光能量密度为 10' 焦耳/米',比掺钦忆铝石榴石激光器允许值 高出5个数量级。
人眼安全激光器通常归类千l 级或者3A级激光产品。根据安全 标准,对于3A级激光产品,仅要求 人眼不要盯着光束或者借助光学仪器看。开发人眼安全激光器的重 要意义在千其实用价值,不安全区很小,军事训练中基本上可以不考虑激光对人眼安全问题。
2.减小发射功率
人眼安全激 光器不仅 仅是波长 问题,通过 降低发射 功率,非人 眼安全的 激光波长 也可以保证对人眼安全。但是,由于功率减 小,测程会相应降低。
由此可见,实现人眼安全激光 测距机的途径有两个: 一是选用对 人眼安全的激光波长,二是降低激 光器的发射功率。采用喇曼频移技术的掺钦忆铝石榴石激光测距机 和二极管激光测距机就是与此相 对应的两种人眼安全激光测距机.
3.喇曼频移激光测距机
喇曼频移效应原理 被动Q 开关掺钦忆铝石榴石激光器具有 效率高、脉冲短、激光材料导热性好、无运动部件等优点。它除了缺乏人眼安全性以外,其它方面已经证明是非常成功的,故已大量装备 部队。为了继续利用掺钦忆铝石榴 石激光测距机的优良特性,克服其 不足,一个最有效的办法是利用喇 曼频移效应把其激光波长移到对 人眼安全的 1543 纳米。
受激喇曼效应是一种非弹性, 散射过程,喇曼介质的分子在吸收泵浦光子的同时发射出 一个光子, 称为斯托克斯光子。通常用甲烧做 喇曼介质,用 1064 纳米的掺钦忆 铝石榴石激光器的激光作为泵浦 光,就可得到对人眼安全的波长为 1543 纳米的斯托克斯光。斯托克斯 光在喇曼介质中呈指数放大,放大 的程度取决千喇曼介质的散射截 面、粒子密度、泵浦密度和相互作 用长度。甲烧具有很大的喇曼散射 截面。甲烧气体盒中的气体压力近7Xl矿帕,因此有足够的粒子密 度。当泵浦激光器的参数一 定时, 泵浦光密度和相互作用长度的乘 积是一个常数。为使喇曼气体盒尺寸最小,泵浦光必须用焦距尽可能 短的透镜聚焦。泵浦光密度也存在 极限值,比如 1 泵浦光密度过大会 导致甲烧气体分解为碳和氢,自由 碳会沉积在甲烧气体盒的窗面上,使整个系统效率下降。 约 10 厘米 长的甲烧盒对40毫焦掺钦忆铝石 榴石激光的转换效率为 30%~ 40%.。其余能量以热能形式向周围辐射。由千喇曼气体盒没有气体循环装置,所以,测距机最大重复频 率为 l~Z 赫兹。
研制现状 蔡斯公司生产掺 钦忆铝石榴石激光元件和成套的 激光测距机已经有 15 年历史,目 前正转向人眼安全激光测距机的 研制和生产。
他们选择喇曼频移激光器作 为主攻方向,因为该公司认为,对 他们来说该项技术是实现人眼安 全激光测距的最佳途径。
在产品转变过程中,该公司不 仅要研制小型气密甲烧盒,而且所 有其它元件都需要重新加工。经过 改进,该公司的激光测距机性能得 到提高。 例如:掺钦忆铝石榴石激 光器进一 步小型化,效率大大提 高,工作频率从原来的 o. 5赫兹上 升为 1 赫兹。新测距机采用微处理 器控制和新颖计数器电路来确定 目标距离;首次采用电子系统存储 整个测量过程;通过软件选择所需 的距离信息,这些信息包括:全部 距离信息、第 一 个回波、最后 一个回波或在 一定距离门内的回波等,然后将所需信息显示出阿里。
3.产品
蔡斯公司研制的2种喇曼激光测距机叫做:哈勒姆和莫勒姆。
·“ 哈勒姆,, H激光测距机 主要用于手持操 作,是在 “哈勒姆 “非人眼 安全型激光测距机的基础 上研制的。采用新技术后,它的重量降低了约 30%,接近2公斤。“哈勒姆" I系统包含合为一体的光学瞄准装置,它与测距机的接收通道合用。数据经过测距机背面 的第二个目镜显示。该测距机可用 顶上的 4 个键进行手动操作,也可 以通过内部接口遥控操作。它由可 更换的镜锯电池供电,采用钢-珅化 嫁PIN二极管作为接收器,测程超 过 10 公里,精度为士 5 米。
.“ 莫勒姆“激光测距机 是 支座安装式的测距机。与早期具有 分立的发射、接收和光学模件的模 块式测距机不同,它由外场保养能 更换的装置构成。该测距机省略了儿于个需要精密加工的界 面,降低了成本。“莫勒姆” 测距机的特点是有一个瞄 准投影器,装在接收通道 屯用千检查激光测距机光 轴相对千测距机支架的机 械加工面的准直度以及测 距机与瞄准具的光路是否 一致。“莫勒姆”系统的测 程与 “哈勒姆"n系统的差 不多,但是前者还可选择钢 闹i化稼雪崩光电二极管作 接收器,测程可以提高近 1倍。
上述2种产品都是3A级激光产品,最大发射能量是每个脉冲 15 毫焦,1 分钟平均能测距20次。
4.二极管激光测距机
选用原则和工作方式 远距 离测距需要选择人眼安全的激光 波长,近距离测距则侧重于重量轻、体积小、成本低的二极管激光 器。目前,波长为 800~900 纳米的 大功率二极管激光器峰值功率为 几瓦。 由于发射功率低,二极管激 光测距机不能依靠单次发射测距, 必须以重复发射方式工作,重复频 率达到上千赫兹。测量结果通常是 几千个激光脉冲测量的平均值。
产品 蔡斯公司研制的 “ 哈拉“二极管激光测距机测程为2000米,可以手持,也可以和光学瞄准 系统一起使用。它的特点是可配用 一个光学瞄准系统,兼作接收光学 系统。“哈拉“内部的瞄准投影器可 将瞄准点投射到外部瞄准光学系 统中。测得结果可以迭加在观察场 景上显示,也可借助 2 个发光二极 管显示器显示在测距机的背面。接 收机使用硅雪崩二极管,测距精度 为土5米。 “ 哈拉“测距机归属3A级激光产品,对人眼是安全的。
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