对眼睛安全的激光测距机
对眼睛安全的激光测距机
G.D. Holah, Eyesaf e Laser rangefinder
眼睛损伤过程大都与波长有关(表1)红 外波长可划分为IR-A(760nm~l.4µrn), IR-B (l.4-3µrn)和IR-C(3µm~ 1 mm)。眼睛角膜主要吸收大于1.9µm波长的光。对于1.4- 1.9µ111的光,角膜和水晶体都能强吸收(图1)。 当波长短于l.4µm时,由于光被聚焦到视网膜 上,会造成眼睛严重损伤。表1列出了国防部 用的眼睛安全的激光工作参数。由表可见,在 波长大于1400nm时,激光输出的容许值大大 高于红宝石和钦器件输出容许值。用CO2激 光束向角膜曝光1-IOOns时间,它的损伤阙值 为0.OU/cm飞若完全根据眼睛安全损伤阀值为安全工作选抒激光测距仪机,并且只采用脉冲激光器的话,那么对Nd=YAG,钦、CO2和佴激光器的需 要订货则日益增长。在距离小于1km时,以钦 为基础的系统峰伯功本大于lMW就要危害眼睛。若使用的是观察系统,这个 问题就复杂化 了。
代替钦激光器的激光器
近几年来在大力研制眼睛安全激光测距 机,其主要工作集中于三个系统。Sanders联合国际激光系统公司研究用氛化忆铡作基质的饵激光器。RCA研究同基质晶体的钦激光 器。体斯公司研究Nd=YAG激光器(经甲烧气体喇曼频移到1.54µm波长后)作为测距机 光源。不久前已把研究佴和钦的力量转向喇曼 频移Nd:YAG系统。这样可以充分利用高度 发展的Nd:YAG技术。
目前在飞机、舰船和地面车辆中正在用和 考虑用的测距机中对眼睛安全密切相关的是地 面应用像装在坦克上的、防空火炮和步兵人员用的手持式器件。装在飞机上的测距机并无此安全需要。而CO2激光器需要致冷探测器且 尺寸较大,妨碍它们在手持式测距机上使用。 但是对于装在坦克上和火炮上的系统来说,小型CO2激光测距机对眼睛安全问题提供了方便。这对千配有热成象的火控系统一起使』特别实际。这些热成象或前视红外系统均以s-12 µm波段大气窗工作。用共光学系统和探测器组合成光学测距机和前视红外系统可使CO 激2光郡和前视红外共用波长。因此可大大减小尺 寸、重量和成本。与短波长相比以I0.6µm工 作的另一个优点是能更好的透过薄雾和烟雾(典型的战场环境)。短波(小于2µm)的衰减主要是散射造成的,而I0.6µm则是以吸收为主。从本质上讲对二氧化碳激光测距来说,温度条件是唯一器作用的环境。而薄雾、云雾、烟雾都会干扰短波激光。搜集的欧洲气候数据(酷似陆地战地)说明,在大部分时间里二氧化碳激光器将比Nd:YAG激光器好。
二氧化碳激光探测
二氧化碳激光测距机的潜在缺点是它需要致冷探测器。最常用的探测材料是碲镉汞,这种材 料既可用于光伏型也可用于光导型。不管怎样探测器均需致冷到77K 用焦耳-汤姆逊液氮致冷器可达到这一温度。但是大多特殊环境都 不能使用液氮。而且气瓶和致冷器阻碍了(至少减少了) CO2激光测距机以手持方式应用。 但是对于装在车辆上的测距机特别是对于要求 探测器致冷的前视红外一起使用时,对致冷要 求不加限制。
为具体应用确定最有效的测距机时,是以参数考虑为主,而非眼睛安全 尽管有时以YAG为基础的技术可以利用,但是对于未来 的系统来说,把前视红外兼容性和良好穿透云雾和烟的这些因素考虑进去时 CO 激光测距机可能最理想。因为CO2激光测距机用的探测器比较贵且需致冷,而且用星较多,因此这种测距机的实际使用还有很多问题。
对于装在飞机上的系统来说,眼睛安全和 大气传输的优点都是不重要的,所以可采用YAG系统,但与前视红外的兼容性可能变为 重要的因素。为了增加激光输出功率改善测距能力。建议使用10. 6µm的横向激励大气压CO 激光器。激光器管子尺寸为7in (长) X 2 in(直径),峰值功率输出250kW以上。这种管子不需冷却和气体处理,并且牢固、密封严紧。对增益开关脉宽一般在lOOns以下。由于棍合气体中有氮, 脉冲后沿出现一个长尾。
这种小型横向激励大气压激光找术在美英两国都在研制。 英国研制的公司有: Marconi 航空电子学公司和Ferranti公司;美国的有 休斯、霍尼维尔、雷声、德克萨斯仪器公司和 联合技术公司。测距机装在三角架上。其尺寸 为20 X 12 X 6位 重471/2磅, 不包括致冷气 瓶。此测距机以1赫重复率工作时, 可测距离 达11.5km, 精度为土2m。精度取决于钟频和 钟的启动信号精度。最不作用距离50m。若用 25ns脉宽测距机的第一个脉冲和最后一个脉冲 的能力达到同一个输出脉冲测目标间距离在30 m以内。
co激光器在手持式测距机方面发挥作用 是不可能的,因为激光管尺寸和需要致冷的探 测器的问题过多, 不能制造手持式CO2测距 机。 对于这种实际应用, 喇曼Nd=YAG激光 器似乎能很好解决。眼睛安全测距得到了迅速进展,CO: 激光系统尤其突出。未来的测距系统可转向二氧化碳激光器。确实, 对将来装在坦克上的系统的新设计考虑的是COs激光器.
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