На хвалі мадэрнізацыі геаінфармацыйнай галіны геадэзічных і картаграфічных даследаванняў у бок эфектыўнасці і дакладнасці, валаконныя лазеры з даўжынёй хвалі 1,5 мкм становяцца асноўнай рухаючай сілай росту рынку ў дзвюх асноўных галінах: геадэзіі з выкарыстаннем беспілотных лятальных апаратаў і ручной геадэзіі, дзякуючы іх глыбокай адаптацыі да патрабаванняў мясцовасці. З выбуховым ростам такіх прымяненняў, як геадэзія на малых вышынях і картаграфаванне ў надзвычайных сітуацыях з выкарыстаннем беспілотных лятальных апаратаў, а таксама з ітэрацыяй партатыўных сканіруючых прылад у бок высокай дакладнасці і партатыўнасці, аб'ём сусветнага рынку валаконных лазераў з даўжынёй хвалі 1,5 мкм для геадэзіі да 2024 года перавысіў 1,2 мільярда юаняў, прычым попыт на беспілотныя лятальныя апараты і партатыўныя прылады склаў больш за 60% ад агульнага аб'ёму, а сярэднегадавы тэмп росту склаў 8,2%. За гэтым бумам попыту стаіць ідэальны рэзананс паміж унікальнай прадукцыйнасцю дыяпазону 1,5 мкм і строгімі патрабаваннямі да дакладнасці, бяспекі і адаптацыі да навакольнага асяроддзя ў геадэзічных сцэнарыях.
1. Агляд прадукту
«Серыя валаконных лазераў 1,5 мкм» кампаніі Lumispot выкарыстоўвае тэхналогію ўзмацнення MOPA, якая мае высокую пікавую магутнасць і эфектыўнасць электрааптычнага пераўтварэння, нізкі каэфіцыент шуму ASE і нелінейнага эфекту, а таксама шырокі дыяпазон рабочых тэмператур, што робіць яе прыдатнай для выкарыстання ў якасці крыніцы лазернага выпраменьвання LiDAR. У геадэзічных сістэмах, такіх як LiDAR і LiDAR, валаконны лазер з даўжынёй хвалі 1,5 мкм выкарыстоўваецца ў якасці асноўнай крыніцы святла, і яго паказчыкі прадукцыйнасці непасрэдна вызначаюць «дакладнасць» і «шырыню» выяўлення. Прадукцыйнасць гэтых двух вымярэнняў непасрэдна звязана з эфектыўнасцю і надзейнасцю беспілотных лятальных апаратаў пры здымках мясцовасці, распазнаванні мэтаў, патруляванні ліній электраперадач і іншых сцэнарыях. З пункту гледжання фізічных законаў перадачы і логікі апрацоўкі сігналаў, тры асноўныя паказчыкі: пікавая магутнасць, шырыня імпульсу і стабільнасць даўжыні хвалі, з'яўляюцца ключавымі зменнымі, якія ўплываюць на дакладнасць і далёкасць выяўлення. Іх механізм дзеяння можна раскласці па ўсім ланцужку «перадача сігналу, атмасферная перадача, адлюстраванне мэты, прыём сігналу».
2. Сферы прымянення
У галіне беспілотнай аэрафотаздымкі і картаграфавання попыт на валаконныя лазеры з даўжынёй хвалі 1,5 мкм рэзка ўзрос з-за іх дакладнага вырашэння праблемных кропак у паветраных аперацыях. Платформа беспілотных лятальных апаратаў мае строгія абмежаванні па аб'ёме, вазе і спажыванні энергіі карыснай нагрузкі, у той час як кампактная канструкцыя і лёгкія характарыстыкі валаконнага лазера з даўжынёй хвалі 1,5 мкм дазваляюць сціснуць вагу лазернай радарнай сістэмы да адной траціны ад традыцыйнага абсталявання, ідэальна адаптуючыся да розных тыпаў мадэляў беспілотных лятальных апаратаў, такіх як мультыротарныя і з фіксаваным крылом. Што яшчэ больш важна, гэтая паласа знаходзіцца ў "залатым акне" атмасфернай прапускання. У параўнанні з распаўсюджаным лазерам 905 нм, яго прапусканне зніжаецца больш чым на 40% у складаных метэаралагічных умовах, такіх як імгла і пыл. З пікавай магутнасцю да кВт ён можа дасягнуць адлегласці выяўлення больш за 250 метраў для цэляў з адбівальнай здольнасцю 10%, вырашаючы праблему "нявыразнай бачнасці і вымярэння адлегласці" для беспілотных лятальных апаратаў падчас здымкі ў горных раёнах, пустынях і іншых рэгіёнах. Адначасова, яго выдатныя характарыстыкі бяспекі для чалавечага вока — пікавая магутнасць больш чым у 10 разоў перавышае магутнасць лазера 905 нм — дазваляюць беспілотнікам працаваць на малых вышынях без неабходнасці дадатковых прылад абароны, што значна паляпшае бяспеку і гнуткасць у такіх зонах з пілатам, як гарадская геадэзія і сельскагаспадарчае картаграфаванне.
У галіне партатыўных геадэзічных даследаванняў і картаграфавання ўзрастаючы попыт на валаконныя лазеры з даўжынёй хвалі 1,5 мкм цесна звязаны з асноўнымі патрабаваннямі да партатыўнасці прылад і высокай дакладнасці. Сучаснае партатыўнае геадэзічнае абсталяванне павінна спалучаць у сабе адаптыўнасць да складаных сцэн і прастату эксплуатацыі. Нізкі ўзровень шуму і высокая якасць прамяня валаконных лазераў з даўжынёй хвалі 1,5 мкм дазваляюць партатыўным сканерам дасягаць дакладнасці вымярэнняў на мікраметровым узроўні, задавальняючы патрабаванні да высокай дакладнасці, такія як алічбоўка культурных рэліквій і выяўленне прамысловых кампанентаў. У параўнанні з традыцыйнымі лазерамі з даўжынёй хвалі 1,064 мкм, іх здольнасць супрацьстаяць перашкодам значна палепшылася ў умовах моцнага асвятлення на вуліцы. У спалучэнні з характарыстыкамі бескантактавага вымярэння ён можа хутка атрымліваць трохмерныя дадзеныя воблака кропак у такіх сітуацыях, як рэстаўрацыя старажытных будынкаў і месцы аварыйна-выратавальных работ, без неабходнасці папярэдняй апрацоўкі мішэняў. Яшчэ больш характэрна тое, што яго кампактная канструкцыя ўпакоўкі можа быць інтэгравана ў партатыўныя прылады вагой менш за 500 грамаў, з шырокім дыяпазонам тэмператур ад -30 ℃ да +60 ℃, ідэальна адаптуючыся да патрэб шматсцэнарных аперацый, такіх як палявыя даследаванні і агляды майстэрняў.
З пункту гледжання сваёй асноўнай ролі, валаконныя лазеры з даўжынёй хвалі 1,5 мкм сталі ключавой прыладай для змены магчымасцей геадэзіі. У геадэзіі з дапамогай беспілотных лятальных апаратаў яны выступаюць у якасці "сэрца" лазернага радара, дасягаючы дакладнасці вымярэння дыяпазону на ўзроўні сантыметра дзякуючы нанасекунднаму імпульснаму выхаду, забяспечваючы дадзеныя аб воблаках кропак высокай шчыльнасці для 3D-мадэлявання мясцовасці і выяўлення старонніх аб'ектаў у лініях электраперадач, а таксама павышаючы эфектыўнасць геадэзіі з дапамогай беспілотных лятальных апаратаў больш чым у тры разы ў параўнанні з традыцыйнымі метадамі; у кантэксце нацыянальнай зямельнай геадэзіі іх магчымасці выяўлення на вялікіх адлегласці дазваляюць эфектыўна ахапіць 10 квадратных кіламетраў за адзін палёт з памылкамі дадзеных у межах 5 сантыметраў. У галіне ручной геадэзіі яны дазваляюць прыладам дасягнуць аперацыйнага вопыту "сканавання і атрымання": у ахове культурнай спадчыны яны могуць дакладна фіксаваць дэталі тэкстуры паверхні культурных рэліквій і ствараць 3D-мадэлі міліметровага ўзроўню для лічбавага архівавання; у зваротным інжынірынгу можна хутка атрымаць геаметрычныя дадзеныя складаных кампанентаў, што паскарае ітэрацыі распрацоўкі прадукту; Пры аварыйнай здымкі і картаграфаванні, дзякуючы магчымасцям апрацоўкі дадзеных у рэжыме рэальнага часу, трохмерная мадэль пацярпелай тэрыторыі можа быць створана на працягу адной гадзіны пасля землятрусаў, паводак і іншых стыхійных бедстваў, што забяспечвае важную падтрымку для прыняцця рашэнняў аб выратаванні. Ад маштабных аэрафотаздымак да дакладнага сканавання зямлі, валаконны лазер з даўжынёй хвалі 1,5 мкм вядзе геадэзічную галіну ў новую эру «высокай дакладнасці + высокай эфектыўнасці».
3. Асноўныя перавагі
Сутнасць дыяпазону выяўлення заключаецца ў максімальнай адлегласці, на якой фатоны, выпраменьваныя лазерам, могуць пераадолець атмасфернае аслабленне і страты адлюстравання ад мэты, і пры гэтым быць захопленымі прыёмным бокам у выглядзе эфектыўных сігналаў. Наступныя паказчыкі яркага лазера з крыніцай 1,5 мкм валаконнага лазера непасрэдна дамінуюць у гэтым працэсе:
① Пікавая магутнасць (кВт): стандартная 3 кВт пры 3 нс і 100 кГц; мадэрнізаваны прадукт з магутнасцю 8 кВт пры 3 нс і 100 кГц з'яўляецца «асноўнай рухаючай сілай» дыяпазону выяўлення, якая прадстаўляе імгненную энергію, якая вызваляецца лазерам на працягу аднаго імпульсу, і з'яўляецца ключавым фактарам, які вызначае сілу сігналаў на вялікія адлегласці. Пры выяўленні беспілотнікаў фатоны павінны праляцець сотні ці нават тысячы метраў праз атмасферу, што можа выклікаць аслабленне з-за рэлееўскага рассейвання і паглынання аэразолем (хаця паласа 1,5 мкм належыць да «атмасфернага акна», усё яшчэ існуе ўласцівае аслабленне). У той жа час адбівальная здольнасць паверхні мэты (напрыклад, адрозненні ў расліннасці, металах і горных пародах) таксама можа прывесці да страты сігналу. Пры павелічэнні пікавай магутнасці, нават пасля згасання на вялікіх адлегласцях і страты адлюстравання, колькасць фатонаў, якія дасягаюць прыёмнага канца, усё яшчэ можа адпавядаць «парогу суадносін сігнал/шум», тым самым пашыраючы дыяпазон выяўлення - напрыклад, павялічваючы пікавую магутнасць валаконнага лазера з даўжынёй хвалі 1,5 мкм з 1 кВт да 5 кВт пры тых жа атмасферных умовах, дыяпазон выяўлення цэляў з каэфіцыентам адлюстравання 10% можна пашырыць з 200 метраў да 350 метраў, што непасрэдна вырашае праблему «немагчымасці вымярэнняў на далёкія адлегласці» ў маштабных сцэнарыях абследавання, такіх як горныя раёны і пустыні для беспілотнікаў.
② Працягласць імпульсу (нс): рэгулюецца ад 1 да 10 нс. Стандартны выраб мае тэмпературны дрэйф шырыні імпульсу пры поўнай тэмпературы (-40~85 ℃) ≤ 0,5 нс; акрамя таго, ён можа дасягнуць тэмпературнага дрэйфу шырыні імпульсу пры поўнай тэмпературы (-40~85 ℃) ≤ 0,2 нс. Гэты паказчык з'яўляецца «часавой шкалой» дакладнасці вымярэння адлегласці, якая адлюстроўвае працягласць лазерных імпульсаў. Прынцып разліку адлегласці для выяўлення беспілотнікаў: «адлегласць = (хуткасць святла х час праходжання імпульсу) / 2», таму шырыня імпульсу непасрэдна вызначае «дакладнасць вымярэння часу». Пры памяншэнні шырыні імпульсу павялічваецца «часавая рэзкасць» імпульсу, і памылка вымярэння часу паміж «часам выпраменьвання імпульсу» і «часам прыёму адбітага імпульсу» на прыёмным канцы значна памяншаецца.
③ Стабільнасць даўжыні хвалі: у межах 1 пм/℃ шырыня лініі пры поўнай тэмпературы 0,128 нм з'яўляецца "дакладным якаром" пры ўздзеянні перашкод навакольнага асяроддзя, а дыяпазон ваганняў даўжыні хвалі лазернага выпраменьвання залежыць ад тэмпературы і напружання. Сістэма выяўлення ў дыяпазоне даўжынь хваль 1,5 мкм звычайна выкарыстоўвае тэхналогію "прыёму з разношанай даўжынёй хвалі" або "інтэрфераметрыі" для павышэння дакладнасці, і ваганні даўжыні хвалі могуць непасрэдна выклікаць адхіленні эталонаў вымярэнняў - напрыклад, калі беспілотнік працуе на вялікай вышыні, тэмпература навакольнага асяроддзя можа павысіцца з -10 ℃ да 30 ℃. Калі тэмпературны каэфіцыент даўжыні хвалі валаконнага лазера 1,5 мкм складае 5 пм/℃, даўжыня хвалі будзе вагацца на 200 пм, і адпаведная памылка вымярэння адлегласці павялічыцца на 0,3 міліметра (атрымана з формулы карэляцыі паміж даўжынёй хвалі і хуткасцю святла). Асабліва пры патруляванні ліній электраперадачы беспілотнымі лятальнымі апаратамі неабходна вымяраць дакладныя параметры, такія як прагін правадоў і адлегласць паміж лініямі. Нестабільная даўжыня хвалі можа прывесці да адхіленняў дадзеных і паўплываць на ацэнку бяспекі лініі; Лазер з даўжынёй хвалі 1,5 мкм, які выкарыстоўвае тэхналогію блакіроўкі даўжыні хвалі, можа кантраляваць стабільнасць даўжыні хвалі ў межах 1 пм/℃, забяспечваючы дакладнасць вызначэння ўзроўню да сантыметра нават пры зменах тэмпературы.
④ Сінергія індыкатараў: «балансар» паміж дакладнасцю і далёкасцю выяўлення ў рэальных сцэнарыях выяўлення беспілотнікаў, дзе індыкатары дзейнічаюць не незалежна, а маюць сумесныя або абмежавальныя адносіны. Напрыклад, павелічэнне пікавай магутнасці можа пашырыць далёкасць выяўлення, але неабходна кантраляваць шырыню імпульсу, каб пазбегнуць зніжэння дакладнасці (баланс «высокай магутнасці + вузкага імпульсу» неабходна дасягнуць з дапамогай тэхналогіі сціскання імпульсаў); Аптымізацыя якасці прамяня можа адначасова палепшыць далёкасць і дакладнасць (канцэнтрацыя прамяня памяншае страты энергіі і перашкоды вымярэнням, выкліканыя перакрываючыміся светлавымі плямамі на вялікіх адлегласцях). Перавага валаконнага лазера з даўжынёй хвалі 1,5 мкм заключаецца ў яго здольнасці дасягаць сінергетычнай аптымізацыі «высокай пікавай магутнасці (1-10 кВт), вузкай шырыні імпульсу (1-10 нс), высокай якасці прамяня (M²<1,5) і высокай стабільнасці даўжыні хвалі (<1 пм/℃)» дзякуючы нізкім стратам характарыстык валаконнага асяроддзя і тэхналогіі імпульснай мадуляцыі. Гэта дасягае двайнога прарыву ў выяўленні беспілотных лятальных апаратаў: «вялікая адлегласць (300-500 метраў) + высокая дакладнасць (на ўзроўні сантыметра)», што таксама з'яўляецца асноўнай канкурэнтаздольнасцю гэтага абсталявання ў замене традыцыйных лазераў 905 нм і 1064 нм у геадэзіі беспілотных лятальных апаратаў, аварыйна-выратавальных работах і іншых сітуацыях.
Наладжвальны
✅ Патрабаванні да фіксаванай шырыні імпульсу і тэмпературнага зруху шырыні імпульсу
✅ Тып вываду і галіна вываду
✅ Каэфіцыент падзелу эталонных галін святла
✅ Сярэдняя стабільнасць магутнасці
✅ Попыт на лакалізацыю
Час публікацыі: 28 кастрычніка 2025 г.