에르븀 유리 레이저1.53μm의 안전한 작동 파장, 소형화된 형태, 높은 단일 펄스 에너지, 안정적인 빔 품질을 갖춘 레이저는 현재 레이저 거리 측정 시스템의 핵심 광원으로 자리 잡았습니다. 이 파장은 대기 투과 창 영역에 위치하여 물 흡수 피크가 낮고 흐린 날씨나 안개가 낀 환경에서도 1μm 대역보다 감쇠율이 우수합니다. 동시에 국제 인체 눈 안전 기준을 충족하며 추가적인 보호 장비 없이 개방된 공간에서 장시간 작업이 가능합니다.

일반적인 소자는 이득 매질로 에르븀 이터븀(Yb)이 도핑된 인산염 유리를 사용하고, 측면 또는 끝단 펌핑 방식의 940 nm 반도체 레이저를 사용합니다. 에르븀 이온은 940 nm 파장을 흡수하여 Yb → Er 에너지 전이를 통해 1.53 μm 파장의 4준위 전이를 일으킵니다. 그림 1을 참조하십시오.

(그림 1)

최대 8ms에 달하는 상위 에너지 레벨의 긴 수명 덕분에, 이 시스템은 낮은 반복률의 Q-스위칭 방식을 채택하여 나노초 단위의 마이크로 포커스 또는 밀리 포커스 수준에서 메가와트급 피크 전력을 갖는 단일 펄스 에너지를 얻을 수 있으며, 이를 통해 거리 측정 신호 대 잡음비를 효과적으로 향상시킬 수 있습니다.

거리 측정 시스템은 레이저, 송신 광학계, 수신 망원경, 애벌랜치 광다이오드 및 시간 측정 장치로 구성됩니다. 그림 2에 나타낸 바와 같습니다.

(그림 2)

시스템에서 단일 펄스를 방출한 후, 에코 비행 시간 Δt와 거리 R=c ·Δt/2를 기록합니다. 1.53μm 파장은 실리콘 검출기의 응답이 매우 낮기 때문에, 배경광을 억제하기 위해 협대역 필터와 함께 InGaAs 애벌랜치 튜브를 사용합니다. 높은 펄스 에너지 덕분에, 고주파 누적 없이도 수 킬로미터에서 수십 킬로미터에 이르는 거리를 0.1~1Hz의 반복률로 측정할 수 있어 단일 펄스 검출이 가능하고 신호 처리를 간소화할 수 있습니다.

빔 형성 측면에서 레이저 로드의 빔 직경은 2~4mm이며, 갈릴레오 망원경을 통해 5~10배 확대됩니다. 원거리 발산각은 0.2~0.5mrad로 압축되어 광점의 에너지 밀도를 확보하고 대기 섬광의 영향을 줄입니다. 수신단에서는 80~150mm 구경의 카세그레인 망원경을 사용하여 반사파를 수집하고 InGaAs APD 시스템에 초점을 맞춥니다.

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