Цель выполнения проекта: 

Разработка безопасного для зрения эффективного лазерного излучателя с комбинированным режимом генерации наносекундных цугов ультракоротких импульсов для повышения эффективности работы оптических каналов машинного зрения в перспективных системах лазерной дальнометрии военного и гражданского назначения

Область применения:

Область применения: лазерные дальномеры и целеуказатели; системы лазерно-локационной аэрофотосъемки; лазерные лидары, системы машинного зрения.
Перспективная область применения устройства – применение в составе лазерного дальномера, устанавливаемого на беспилотный летательный аппарат, для высокоточного определения координат целей и корректировки артиллерийского огня. Кроме этого, такой излучатель может использоваться в системах лазерно-локационной аэросъемки при проведении геодезического картографирования местности, а также в лазерных лидарах, позволяющих на больших расстояниях обнаруживать очаги опасных природных происшествий и техногенных аварий, крупных лесных пожаров, выбросов загрязняющих веществ, аварий на нефте-газопроводах и т.п.

Обоснование необходимости проведения НИР:

Необходимость проведения научно-исследовательской работы обусловлена отсутствием, на текущий момент, данных о наличии лазерных излучателей с комбинированным режимом работы, обеспечивающих генерацию высокомощных ультракоротких по длительности лазерных импульсов в спектральном диапазоне оптически безопасном для зрения. Проведение комплексных научных исследований по разработке данного высокоинтенсивного лазерного излучателя является целью настоящего проекта.
Следует учитывать, что ситуация серьезно осложняется проблемой доступности импортных комплектующих, поэтому потребуется разработка собственной элементной базы, которая позволит обеспечить функциональные конкурентные преимущества по сравнению с зарубежными аналогами.
В проекте предлагается разработать и применить оригинальный оптический гибрид – резонаторное зеркало с функцией быстрого лазерного затвора. Для его реализации предлагается использовать перспективные современные материалы – углеродные нанотрубки, позволяющие обеспечить генерацию ультракоротких по длительности лазерных импульсов. Коллектив кафедры лазерной физики и технологии ФГБОУ ВО «КГТА им. Дегтярева» имеет опыт пионерских исследований по использованию этих материалов в качестве скоростных лазерных затворов. Полученный ранее научный задел планируется использовать в настоящем проекте.
Идея использования в системе оптического гибрида требует проведения комплексных исследований, не только для оптимизации рабочих режимов лазерного излучателя, но и для отладки технологических приемов изготовления подобных элементов. Также, данные исследования позволят получить новые фундаментальные знание по физике взаимодействия высокоинтенсивного излучения с веществом и процессам нелинейно-оптического преобразования излучения в веществе. Комплекс модельных и экспериментальных научных исследований запланированный в проекте, позволит реализовать прототип – опытный образец высокоэффективного лазерного излучателя, обеспечивающий функциональные конкурентные преимущества перед зарубежными образцами.

Научная новизна предлагаемых в проекте решений: 

Научная новизна проекта заключается в реализации комбинированного режима генерации лазерного излучателя на безопасной для зрения длине волны 1,5 мкм, при котором происходит генерация высокоэнергетического наносекундного цуга ультракоротких пикосекундных импульсов с высокой пиковой мощностью. Высокая частота следования ультракоротких импульсов в цуге и большая пиковая мощность обеспечат защищенность и стабильность канала связи в условиях большого числа оптических помех, а также кратный рост предельной дальности работы лазерных навигационных комплексов.
Для реализации режима будут использоваться эффект нелинейно-оптического преобразования излучения ИАГ:Nd-лазера, работающего на длине волны 1,34 мкм, методом вынужденного комбинационного рассеяния генерируемого излучения, в спектрально-безопасную для наблюдателя область – длину волны 1,5 мкм, а также комбинированный временной режим генерации излучателя с одновременной пассивной модуляцией добротности для генерации высокоэнергетических цугов импульсов и пассивной синхронизацией продольных мод – для генерации ультракоротких лазерных импульсов с высокой пиковой мощностью. В работе будет исследован оригинальный способ реализации режима пассивной синхронизации мод, основанный на применении высокоэффективных современных материалов – одностенных углеродных нанотрубок, наносимых непосредственно на одно из зеркал резонатора, что обеспечит высокую стабильность и энергоэффективность работы лазерного излучателя.

Имеющиеся аналоги:

Сегодня на рыке представлено широкое многообразие лазерных дальномеров и лидаров (световой радар) гражданского и специального назначения. Производители используют в конструкции различные типы лазерных излучателей. Большинство из них работают в импульсном режиме на длинах волн 850 и 905 нм. Доступных образцов, работающих на длине волны 1550 нм – спектрально безопасной для глаз, представлено чрезвычайно мало, что связано отсутствием высокоэффективных мощных лазерных излучателей в данном спектральном диапазоне. Наиболее распространенные коммерческие образцы гражданского назначения основаны на использовании лазерных излучателей малой мощности, обеспечивая дальность действия до 1-2 км. Образцы специального и военного назначения имеют более высокую дальность действия порядка 20 км, однако, применение относительно длинных лазерных импульсов не обеспечивает высокой помехоустойчивости системы на предельных дальностях работы, а также оказывается малоэффективным при использовании современных средств оптико-электронного противодействия.
Coherent (США), Thorlabs (США), Broadcom (США), TRUMPF (Германия), AMS (Австрия), TT Electronics (Великобритания), IQE (Великобритания), Alight Technologies (Дания), Santec (Япония), VERTILAS (Германия), Vertilite (Китай), FocusLight (Китай), НТО «ИРЭ-Полюс» (Россия) являются ключевыми мировыми разработчиками и производителями технических средств и оборудования для дистанционной оптической дальнометрии.
На текущий момент на рынке не представлены коммерчески доступные образцы дальнометрического оборудования на основе лазерных излучателей, генерирующих ультракороткие длительности оптических импульсов высокой пиковой мощности в области оптического спектра безопасной для глаз.

Задачи по проекту :

1. Расчетно-методологическая оценка основных генерационных параметров лазерного дальнометрического излучателя для требуемой дальности действия, поиск и обоснование оптимальной архитектурной компоновки лазерного излучателя.
2. Моделирование динамики генерации лазерного твердотельного лазерного излучателя в режиме нелинейно-оптической генерации спектрально-безопасного излучения на длине волны 1.5 мкм и комбинированном режиме генерации наносекундных цугов ультракоротких импульсов.
3. Создание лабораторно-измерительного стенда, исследование рабочих параметров лазерного излучателя в различных рабочих режимах.
4. Изготовление опытного образца и экспериментальная апробация прототипа в лабораторных условиях.

На страницу проекта