Благодаря «орлиному глазу» лазерных радаров обнаружения частиц, задача более точного «видения» и отслеживания мелкодисперсной пыли в воздухе стала чрезвычайно сложной. По мере развития этой области традиционные «орлиные глаза», которые можно было разместить только на крупных стационарных объектах, постепенно заменяются серией небольших, гибких и интеллектуальных «новых орлиных глаз». Истинная суть этой волны миниатюризации лазеров заключается не только в быстром развитии точных оптических технологий, но и в быстром развитии технологий электронной интеграции, особенно в критически важном выборе «сердца» – стремлении к миниатюризации лазеров.

Миниатюризация: от «гигантских неподвижных глаз» до «портативных мудрых глаз»

Из-за больших размеров передающих и приемных систем традиционных лазерных радаров обнаружения частиц, что приводит к высокому энергопотреблению и большим габаритам оборудования, их часто устанавливают на крышах станций мониторинга, высоких башнях и других стационарных местах. Это предъявляет высокие требования к их мобильности и портативности. В условиях непрерывной диверсификации и динамичного характера современных потребностей в мониторинге окружающей среды, развития экономики низменных территорий, растущей потребности в мониторинге загрязнения в городах по плотной сетке для составления более подробных карт загрязнения, а также острой необходимости быстрого развертывания экстренного мониторинга в местах загрязнения, непрерывная миниатюризация радаров стала неизбежной тенденцией в их развитии.

Благодаря непрерывным инновациям в оптических системах, таким как преобразование традиционного некоаксиального оптического тракта в более компактный коаксиальный или квазикоаксиальный, размеры оборудования значительно уменьшились, что открывает новые возможности, а также создает новые проблемы. Интеграция дискретных детекторов, усилителей и других компонентов на одном микрочипе также открыла новые перспективы. Более того, за счет усовершенствованных алгоритмов можно эффективно компенсировать потенциальные потери производительности, связанные с миниатюризацией, и обеспечить обработку данных в реальном времени и передачу в облако. Появление портативных или рюкзакообразных радаров для обнаружения частиц незаметно заменило первоначальные «стационарные гигантские глаза» на «портативные умные глаза».

Выбор «сердца»: методы взвешивания с использованием лазерных технологий.

В условиях непрерывного стремления к миниатюризации выбор лазеров стал ключевым фактором, определяющим производительность, стоимость и надежность оборудования. Характеристики лазерного излучения, подобно «сердцу», напрямую определяют точность обнаружения, управляемость расстояния обнаружения и чувствительность к цели. По мере развития миниатюризации как полупроводниковые лазеры, так и твердотельные лазеры (особенно новые микрочиповые лазеры) продемонстрировали свои уникальные преимущества и проблемы в гонке миниатюризации.

Широкое применение полупроводниковых лазеров, таких как краевые лазеры на основе электрооптических элементов (EEL) и поверхностно-излучающие лазеры на основе VCSEL, благодаря их малым размерам, высокой эффективности электрооптического преобразования, простоте модуляции, длительному сроку службы и относительно низкой стоимости, делает их «естественными союзниками» радаров. Особенно лазеры VCSEL, благодаря превосходному качеству луча и простоте интеграции, идеально подходят для современных компактных конструкций. Однако из-за относительно ограниченной выходной мощности, узкого диапазона выбора длины волны (особенно при обнаружении специфических компонентов аэрозолей) и качества луча, которое обычно не может сравниться с... твердотельные лазерыОни особенно подходят для мониторинга обычных загрязняющих веществ на коротких расстояниях и в сетях высокой плотности, а также для применения в бытовых сенсорных устройствах. Твердотельные лазерыБлагодаря высокой пиковой мощности импульса, превосходному качеству луча и стабильной выходной длине волны, они обладают такими преимуществами, как большая дальность обнаружения и более высокое отношение сигнал/шум, что делает их особенно подходящими для высокотехнологичных применений, таких как дистанционное зондирование на больших расстояниях или высокоточный мониторинг в научных исследованиях. Однако их традиционная форма громоздка и энергоемка, что серьезно ограничивает их широкое применение в практических сценариях. С развитием технологий микрочиповый лазер Благодаря развитию технологий, разработка миниатюризации радаров постепенно ускоряется. Интеграция среды, элементов модуляции добротности и других компонентов в микросхему миллиметрового масштаба позволяет не только достичь высоких эксплуатационных характеристик, но и улучшить характеристики радаров. твердотельные лазеры Сохранены некоторые характеристики, но при этом достигнута революционная миниатюризация, благодаря чему их объем сопоставим с объемом полупроводниковых лазеров. Хотя их текущая стоимость все еще высока, а эффективность преобразования электрической энергии в оптическую несколько ниже, их общие характеристики значительно превосходят характеристики полупроводниковых лазеров, что делает их идеальным выбором для высококлассных портативных радаров, устанавливаемых на летательных аппаратах и ​​транспортных средствах.

Благодаря перспективному планированию и глубокому анализу будущего развития технологий, мы можем лучше понимать направление их развития и определять будущие технологические прорывы. Только сравнивая характеристики обнаружения (особенно максимальное расстояние обнаружения, чувствительность к цели и минимально достижимое разрешение и т. д.) с размерами и энергопотреблением оборудования, можно сделать разумный выбор в зависимости от сценариев его применения (таких как идентификация объектов, измерение, отслеживание и мониторинг и т. д.). В настоящее время полупроводниковые лазеры доминируют в основном сегменте миниатюрных приложений среднего и низкого ценового сегмента, в то время как твердотельные микрочиповые лазеры постепенно и быстро проникают в высокотехнологичные мобильные платформы и области научных исследований.

В условиях непрерывного развития и миниатюризации микрочиповые лазерыПрименение лазерных радаров обнаружения частиц также будет активно развиваться. По мере того, как лазерные радары обнаружения частиц продолжают миниатюризироваться, от первых крупномасштабных стационарных устройств до современных портативных мобильных сетей, наше восприятие воздушной среды незаметно трансформировалось из одномерного статического восприятия в трехмерное динамическое. В этом незаметном процессе «уменьшения», который является «завершающим штрихом», наши непрерывные технологические достижения открывают более четкий и гибкий путь к защите необходимого пространства между каждым нашим вдохом.

В связи с острой необходимостью в высокопроизводительных источниках основного света для миниатюрных лидаров, Реальный свет‘s Микрочиповый лазер серии MCA-R с наносекундами 2 нс Благодаря высокой пиковой мощности и компактным размерам, это устройство идеально подходит для высокопроизводительных платформ мобильного мониторинга. Подробные параметры показаны на следующем рисунке.

Параметры миниатюрного лидарного лазера для обнаружения твердых частиц

Лазер для миниатюрных лидарных датчиков твердых частиц

Предупреждение: Часть информации в этой статье взята из интернета и предназначена для технических исследований и обсуждения. Она предназначена только для ознакомления и обучения. Просим сообщать о любых неточностях. По вопросам авторских прав обращайтесь к нам для проверки и удаления информации.