Nd：YAG激光測(cè)距儀的發(fā)展趨勢(shì)

鐘昊鳴

摘要：Nd：YAG激光測(cè)距技術(shù)廣泛應(yīng)用于軍事和民用領(lǐng)域。與其他測(cè)距方法相比，Nd：YAG激光測(cè)距技術(shù)具有突出的優(yōu)勢(shì)。所以，本篇主要圍繞著Nd：YAG激光測(cè)距儀的基本原理、最常用的激光測(cè)距方式等方面展開(kāi)了介紹，并對(duì)Nd：YAG激光測(cè)距儀的發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行討論，希望能為相關(guān)人員提供更多的有效信息。

關(guān)鍵詞：Nd：YAG激光測(cè)距儀;發(fā)展趨勢(shì)

1 Nd：YAG激光測(cè)距技術(shù)的發(fā)展?fàn)顩r

隨著激光科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展與提高，Nd：YAG激光測(cè)距技術(shù)也獲得了很好的發(fā)展。尤其是在近年來(lái)，隨著一零五導(dǎo)體泵浦激光測(cè)距技術(shù)的飛速發(fā)展，激光測(cè)距技術(shù)逐漸走向了小型化、集成化的新時(shí)代，與測(cè)距機(jī)相關(guān)的集成電路和芯片技術(shù)也在日趨完善。因此我國(guó)激光測(cè)距儀的研制技術(shù)已經(jīng)相當(dāng)成熟，下一階段主要發(fā)展方向?qū)⑹亲屍渚哂懈〉某叽?、更好的可靠性、更快的速度和更高的精度?/p>

2 Nd：YAG激光測(cè)距的優(yōu)勢(shì)

和其它的一些實(shí)時(shí)測(cè)距技術(shù)比較， 激光測(cè)距有很多優(yōu)勢(shì)，其中較為突出的有以下三點(diǎn)：

2.1瞬時(shí)輸出峰值功率高

Nd：YAG激光具有較大的瞬時(shí)輸出峰值功率。當(dāng)激光照射遠(yuǎn)距離目標(biāo)時(shí)，仍能以足夠的強(qiáng)度反射激光回波信號(hào)。在輸入功率相同的條件下，傳統(tǒng)的相位激光測(cè)距儀所測(cè)的目標(biāo)距離遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于Nd：YAG激光測(cè)距儀測(cè)量的距離。

2.2速率快、適應(yīng)性好

Nd：YAG激光器的測(cè)距速度很快。雖然測(cè)距時(shí)只能通過(guò)接收回波信息來(lái)完成手動(dòng)定時(shí)，但在實(shí)際工作測(cè)量中，Nd：YAG激光器實(shí)時(shí)測(cè)距方法所需要的測(cè)量時(shí)間通常很短，而激光相位測(cè)距方法則需要測(cè)量連續(xù)激光回波信號(hào)與參考信息間的相位差。所以在實(shí)際測(cè)量過(guò)程中，相位測(cè)距方法不僅對(duì)電路的準(zhǔn)確度有很高的要求，也有較高的穩(wěn)定性要求。此外，相位測(cè)距法基本上應(yīng)用于固定目標(biāo)上，而針對(duì)于某些運(yùn)動(dòng)目標(biāo)，激光相位測(cè)距法并不能很好地達(dá)到測(cè)距要求。

2.3隱蔽性和安全性良好

Nd：YAG激光測(cè)距的隱蔽性和安全性都很高，因此一般不需要合作目標(biāo)。激光相位測(cè)距通常要求在被測(cè)目標(biāo)上設(shè)置專(zhuān)門(mén)用來(lái)反射激光信號(hào)的裝置，以便提高目標(biāo)上回波信號(hào)的輸出功率。但由于Nd：YAG激光測(cè)距有很高的瞬時(shí)功率，所以不要求在目標(biāo)上安裝用于反射激光信息的設(shè)備，而這個(gè)特點(diǎn)在許多的實(shí)際應(yīng)用環(huán)境下都是十分關(guān)鍵的，尤其是在軍工應(yīng)用中。此外，Nd：YAG 激光測(cè)距方式因?yàn)槭怯眉す馑矔r(shí)發(fā)送，使得它的實(shí)際測(cè)距運(yùn)行頻率也較高。

3 Nd：YAG激光測(cè)距的原理

Nd：YAG 激光測(cè)距儀基本原理是：

首先，我們將激光測(cè)距儀對(duì)齊所要測(cè)目標(biāo)，然后開(kāi)啟供電系統(tǒng)， 激光器釋放出一條納秒量級(jí)的激光輸出信號(hào).該信號(hào)通過(guò)設(shè)置在激光器前端的光學(xué)傳感發(fā)射系統(tǒng)形成光柱。同時(shí)，我們可以利用光學(xué)半透明和半反射鏡將部分透射激光接收到入射光學(xué)系統(tǒng)中。該光柱成為我們的激光測(cè)距儀的初始光信號(hào)，初始激光信息通過(guò)特定的光束濾波器進(jìn)入光電傳感器。

通常情況下，pin管或APD用于檢測(cè)激光信號(hào)。在光電探測(cè)器中，光信息被轉(zhuǎn)換成電信號(hào)。電信號(hào)在信息放大集成電路中展開(kāi)后，經(jīng)整數(shù)信息濾波，達(dá)到閾值比較器，如果電壓信息足夠強(qiáng)大，芯片完成計(jì)數(shù)，同時(shí)激光發(fā)送至目標(biāo)的回波信息被電磁波檢測(cè)距離儀的光學(xué)系統(tǒng)所接收，并通過(guò)濾光片達(dá)到光電感應(yīng)器，從而變成電信號(hào)，然后被釋放整形濾波，再經(jīng)過(guò)闊值比較器，之后激發(fā)計(jì)數(shù)晶片，計(jì)數(shù)晶片停止計(jì)算時(shí)間。這時(shí)所獲得的自動(dòng)定時(shí)個(gè)數(shù)也就是整個(gè)激光束所通過(guò)的飛行時(shí)刻，最后通過(guò)此時(shí)刻間隔就能夠計(jì)算出整個(gè)激光測(cè)距的具體距離。

4 Nd：YAG激光測(cè)距儀應(yīng)用及發(fā)展趨勢(shì)

4.1人眼安全

4.1.1 CO2激光測(cè)距儀

CO2激光測(cè)距儀為了保護(hù)人眼健康，發(fā)射10.6μm波段的激光。主要有以下優(yōu)點(diǎn)：

首先，CO2激光測(cè)距儀在煙霧中具有良好的傳輸性。

其次，CO2激光測(cè)距儀的波長(zhǎng)與8-12μm熱像儀工作時(shí)的波長(zhǎng)處于同一波段，因此相比于其他 測(cè)距機(jī)，CO2激光測(cè)距儀的兼容性更佳。

當(dāng)然，CO2激光測(cè)距儀仍然存在一些不足，比如該儀器在工作時(shí)會(huì)產(chǎn)生部分水蒸氣，而水蒸氣對(duì)CO2激光的吸收率較大，使目標(biāo)反照率低，影響其功效。此外，CO2激光測(cè)距儀的生產(chǎn)成本較高、體積和重量都較大，不適合手持。

4.1.2餌玻璃激光測(cè)距儀

餌玻璃激光測(cè)距儀的主要技術(shù)優(yōu)勢(shì)有：在1.54μm波段的激光，對(duì)于人眼的可靠性要求較高：例如可以作為普通光學(xué)研究材料的透鏡、棱鏡、視窗、分束鏡等等，但一般的偏振鏡、Q開(kāi)關(guān)以及鍍膜則較難以使用。主要問(wèn)題有高閾值、低效能，但一般都無(wú)法以較高的重復(fù)頻率工作。目前還沒(méi)有理想的被動(dòng)染料Q開(kāi)關(guān)電源，也因此出現(xiàn)了不少問(wèn)題。而這些較新型的激光測(cè)距儀由于其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低，更適合于手持應(yīng)用。發(fā)展為減少閾值，提高工作效率，研發(fā)合適的被動(dòng)染料Q開(kāi)關(guān)電源。

4.1.3拉曼頻移Nd：YAG激光測(cè)距儀

該測(cè)距機(jī)通過(guò)拉曼光譜的頻移技術(shù)，將Nd：YAG激光技術(shù)儀器移到了一點(diǎn)五四μM波段的激光技術(shù)下，在1.06μm波段的激光技術(shù)下，眼睛更加舒適。主要優(yōu)點(diǎn)是：利用已有的Nd：YAG激光技術(shù)儀器、無(wú)源染料Q開(kāi)關(guān)等，光學(xué)元件中的拉曼頻率偏移激光脈沖的長(zhǎng)度，要比Nd：YAG泵浦激光脈沖的長(zhǎng)度窄。

然而，其主要缺陷是：受激拉曼散射會(huì)形成另一種非線性效應(yīng)，這大大降低了拉曼變換的影響;在高聚焦光學(xué)系統(tǒng)中，必須充分考慮高壓拉曼氣體介質(zhì)的泄漏和拉曼窗口的損傷。

5結(jié)語(yǔ)

Nd：YAG激光有方向性強(qiáng)、高亮度、單色性好等優(yōu)點(diǎn)，且檢測(cè)準(zhǔn)確度很高。另外，由于激光測(cè)距儀體積小，裝置調(diào)整簡(jiǎn)單，因此在科學(xué)技術(shù)、生產(chǎn)建設(shè)和軍事應(yīng)用中具有重要作用。由于激光器本身、電子電路和運(yùn)算晶片技術(shù)發(fā)展并且單片機(jī)控制技術(shù)和集成化光學(xué)應(yīng)用的迅速蓬勃發(fā)展， 激光測(cè)距儀正向著數(shù)字化、自動(dòng)化、和緊湊型化的趨勢(shì)發(fā)展，就這樣極大地提高了Nd：YAG激光測(cè)距儀的精度，也大大提高了測(cè)量速度，同時(shí)增強(qiáng)了Nd：YAG激光測(cè)距儀的穩(wěn)定性。

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