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CO2激光器在激光测距机中的应用研究 激光制造网整理：本文由介绍了二氧化碳激光器发展的情况，并通过它和YAG激光器的比较，总结它在激光测距中的优势，如对人眼安全，大气传输性好，能与热像仪兼容等。针对目前国内外二氧化碳激光测距机的应用情况，对如何利用现有技术，发展我国的CO2激光测距机提出了几点建议。 　　目前，我军装备的激光测距机使用的大多是工作波长为1.06μm的Nd：YAG(钇铝石榴石)激光器。伴随着它的大量装备和广泛使用，Nd：YAG激光器在使用中的缺点逐渐引起人们重视。如容易损坏眼睛；在有雾、霾的气候条件下和战场烟尘中的传输性能差；与装备、应用的8~12μm的长波段热像仪兼容性差；转换效率低，难于使用外差探测等缺点。这些缺点不仅影响了测距机的性能，而且也影响了它们的训练和使用。 　　二氧化碳激光器发展得比较早(1964年)，但它最早在军事上应用却是激光雷达。由于CO2激光器具有对人眼安全、对烟雾的穿透能力强等优点，所以在70年代中期，它在激光测距机上应用的可能性被认识到，而随着小型CO2激光器的研制和发展，这种必要性又变成了可能性。 　　1CO2激光器 　　1.1CO2 　　激光器的分类 　　CO2激光器属于最重要、应用最广泛的分子气体激光器，它的输出波长正好处于大气窗口(10.6μm)。 　　CO2激光器是四能级系统。以CO2、N2、He等混合气体为工作物质，其中CO2分子是激光物质，N2的作用是提高激光上能级的激励效率，He则有助于激光下能级的抽空。此外还有CO、Xe、H2O等辅助气体，它们的作用是为了改善激光的输出特性。CO激光器种类繁多，目前常见的有流动型、横向激励型、高气压型、气动型、波导型、射频激励型等，而经常用作激光测距机的是横向激励大气压CO2激光器。 横向激励大气压CO2激光器简称为TEACO2激光器，TE表示横向放电激励(与激光输出方向垂直)，A表示大气压(105Pa)。由于气压高，放电不稳定，通常采用脉冲工作方式。器件可以做得很大，也可以做得很小。输出能量与工作体积成比例，单位体积输出能量高达10~50J/l，总能量和峰值功率分别高达10000J和20TW(1TW=1012W)。 　　1.2CO2激光器的优点 　　1.2.1对人眼安全 　　激光束???眼睛的损伤或损坏主要由输出功率和波长决定，高功率的任何波长的激光都会损伤眼睛，但波长不同，对眼睛的损伤阈值就不同，损伤部位也不同。研究发现，1.06μm波长的激光对眼睛的损伤阈值极低，极易损伤人员的眼睛，造成使用人员的心理压力，影响作战情绪与平时的训练，它的安全距离都在几千米上。而CO2激光器的10.6μm波长远离眼睛的透射波长，不损伤视网膜，对战术应用的中小功率CO2激光器而言，输出功率不可能大到损伤角膜，对眼睛的损伤阈值极高，约为Nd：YAG1.06μm激光器的2000倍，它的安全距离可以设计成零距离，即无损伤距离。因此可以认为中小功率的CO2激光器对眼睛安全，不会损伤人的眼睛。 　　1.2.2优良的大气传输性能 　　激光光束在大气中传输时，由于大气中悬浮粒子的吸收和散射(少量的气体分子和水分子)，会使传输的激光能量衰减，衰减量由传输的波长决定。1.06μm的激光在大气中传输时受能见度的影响很大，当大气中悬浮粒子的浓度增加(或能见度降低)时，1.06μm激光的衰减变大。在雾、霾天或有烟尘的战场环境中，传输性能很差。 　　而对于10.6μm波长的CO2激光，因为波长较长，悬浮粒子的散射和吸收很小，因此它在雾、霾天或战场烟尘中的传输性能要明显优于1.06μm波长的激光，在传输10km距离时，其传输性能约比1.06μm波长激光的性能好20dB。经过资料介绍，对红磷的烟雾与草地燃烧形成的热烟来讲，CO2激光测距穿透能力大大优于YAG激光测距机。 1.2.3与8~12μm波长的热像仪兼容性能好 　　为了适应战场快速反应(有哪些信誉好的足球投注网站与跟踪、分辨与识别、定位与瞄准)的需要，便携式、多功能的光学观、瞄、测及定位一体化的系统成为今后战场机动侦察必不可少的设备。最早见到的这种组合系统是在80年代初，英国EMI公司把红外热像仪上配置YAG激光测距机，但由于两者工作波段相差甚远，性能上不匹配，不能适应战场上复杂、多变的要求。而CO2激光测距机工作波长为10.6μm，与8~12μm红外热像仪系统处于同一波段内，由它们组成的观、瞄、测及定位一体化的系统是一种最佳的组合方案。它们可以共用光学系统、扫描系统、探测器和电源、致冷系统等，系统结构紧凑，体积、重量和成本大大减少。除共用部件外，它们在性能上也相容。 　　激光测距机要求能探测到距离的概率为热像仪分辨距离的80%，CO2激光器可以很好满足上述相容性的要求。1.2.4有较大的输出功率和能量转换效率CO2激光器的光电转换效率高达10