人眼安全多脉冲激光测距技术

人眼安全多脉冲激光测距模块体积小、重量轻、作用距离远,在便携式光电装备中具有广阔的应用前景。本文介绍了人眼安全多脉冲激光测距模块的工作原理、技术特点、国内外最新研究进展,并给出了发展趋势。

 

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1.多脉冲激光测距模块工作原理

 

激光测距模块一般由激光器、发射光学系统、接收光学系统、驱动电路、接收电路、综合控制电路等部分组成。单脉冲激光测距模块发射一个激光脉冲,输出一次距离数据;多脉冲激光测距模块发射N个激光脉冲,采样单元采样N次,将采样的结果进行数字信号处理后,提取出回波信号,输出一次距离数据。

 

2.多脉冲激光测距模块的优势

 

多脉冲激光测距模块具备以下技术优势:

 

1)相同体积重量条件下,作用距离更远

与单脉冲激光测距模块相比,多脉冲激光测距模块探测接收灵敏度高2~3个量级,在相同体积重量条件下,作用距离更远。

 

2)回波稳定,距离数据抖动小

由于采用了多脉冲信号处理技术,回波信号更加稳定,数据抖动更小;在能见度不好的天气条件下,优势更加明显。

 

3)隐蔽性好

与单脉冲激光测距模块相比,由于探测接收灵敏度高,多脉冲激光测距模块输出单脉冲能量一般低1~2个量级,更不易被敌方告警系统发现,隐蔽性更好。

 

3.国内外研究进展

 

国外从事多脉冲激光测距技术研究的单位包括瑞士Vectronix公司、德国Jenoptik公司以及芬兰Noptel公司。

 

图1 Vectronix公司系列测距模块

 

图1所示为瑞士Vectronix公司的几款典型的1550nm半导体多脉冲激光测距模块产品,其中5020、5042系列产品对坦克作用距离分别为2.5km、4.5km,重量分别为120g、325g。5000系列产品中,为了提高作用距离、压缩激光发散角,采用了一种“beamshaper”元件[1],如图2所示。

 

图3所示为芬兰Noptel公司系列半导体多脉冲激光测距模块产品,其典型产品包括LRF-200、LRF-240、LRF-500,对坦克作用距离分别为1.8km、2.5km、4.5km,重量分别为66g、200g、470g。

 

图4所示为Jenoptik公司的系列半导体多脉冲激光测距模块,其典型产品包括DLEM-20、DLEM-30、DLEM-45,对坦克作用距离分别为3km、4.5km、6km,重量分别为33g、95g、160g。Jenoptik公司半导体激光器自主研发,借助自身优势已完成第二代产品升级换代,性能有所提升。

 

湖北久之洋红外系统股份有限公司长期致力于人眼安全多脉冲激光测距模块研制开发工作,经过近10年的积累,已经形成了半导体、铒玻璃、光纤三大系列多个型号的人眼安全多脉冲激光测距模块产品系列,列装舰载、机载、车载、单兵光电系统等多个平台,累计生产近10000台套,受到客户的好评。

 

除上述标准产品外,湖北久之洋红外系统股份有限公司还承担定制激光测距模块服务。

 

4.多脉冲激光测距技术发展趋势

 

多脉冲激光测距模块体积小、重量轻、作用距离远,在便携式光电装备中应用广泛,是激光测距技术研究的热点之一。近年来,多脉冲激光测距技术呈现出如下发展趋势:

 

1)工作波长从905nm逐步升级为1550nm

 

早期的军用激光测距模块以及当前大量生产的民用高尔夫球场用激光测距仪均采用905nm激光器作为光源,因为用量大,所以价格低廉。相比905nm激光器,1550nm激光器具备以下优点:

① 人眼对1550nm激光的最大曝光极限(MPE)更大,与905nm激光相比,相同能量、相同功率的1550nm激光对人眼更安全;

② 大气对1550nm激光的衰减系数更小,与905nm激光相比,相同峰值功率的1550nm激光,作用距离更远;

③ 1550nm激光处于现役夜视系统的响应波段之外,隐蔽性更好。

1550nm激光测距模块是未来发展的趋势。

 

2)多脉冲激光测距模块体积重量不断压缩

 

多脉冲激光测距模块集成于瞄具、枪瞄等便携式光电设备中,体积、重量、功耗(SWaP)的压缩是永恒的主题,国外厂商如Vectronix、Jenoptik、Noptel等公司相继推出了他们的微型激光测距模块产品,重量已压缩至25g左右,如图5、图6、图7所示。

 

3)新体制多脉冲激光测距模块不断提升作用距离

Vectronix公司的光纤激光测距模块、Flir公司的铒玻璃激光测距模块作用距离可达15km~20km,重量均在100g左右,如图8[2]、图9所示,代表了小型激光测距模块的先进水平,国内需要不断追赶。

 

参考文献

[1]Andreas Schilling, Hans Peter Herzig, Laurent Stauffer, Urs Vokinger, and Markus Rossi, “Efficient beam shaping of linear, high-power diode lasers by use of micro-optics”, Applied optics, Vol40(32),2001,5852–5859.

 

[2] Christian Ban, Dusan Zadravec,“A Compact Dual-Wavelength Fiber Laser – Some Design Aspects”.SPIE, Vol10192, 2017, 101920G-1-101920G-8.

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创建时间:2022-06-15

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