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首个VCSEL安全红外激光灯在中国成功创造

时间:2016-10-21   访问量:286

首个VCSEL安全红外激光灯,在中国成功创造

——long8平台开启安全激光照明新时代


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自1917年爱恩斯坦发现激光以来,距今正好100年,激光的应用也已有50多年历史。早期应用在军事武器时,曾被人们称为“死光”。虽然,激光目前的应用非常广泛,包括医疗、探测、照明、商业、民用甚至玩具等领域,但在人们的潜意识中,激光依然很难与安全沾上边的。例如,一支微瓦级的激光笔,随处都可买到,更是小孩喜欢用来相互嬉戏照射的“玩具”,可它却能秒杀人眼,造成不可逆转的永久性失明。


2012年,红外激光照明发展开始进入规模化商业应用阶段,因为激光夜视照明有效距离远且使用寿命长特点,安防夜视监控行业中越来越多人提出用红外激光照明替代民用夜视监控市场的LED红外照明。然而,除了较高的价格以外,民用市场上对红外激光安全的担心仍然尤为明显。


在欧美、日本等一些发达国家的夜视监控市场,对红外激光灯的安全要求十分严格。根据美国PDA标准、国际电工委员会IEC标准规定,只有达到3B类激光安全等级的红外激光灯才允许在开放式环境中使用,4类激光安全等级的一律只能在封闭式的环境中使用。2015年,曾有某上市公司的夜视监控摄像设备出口到日本,结果却遭遇到退货并罚款,原因只是因为他们使用的3B类安全等级的红外激光灯实际上达不到3B类等级标准。自此,要做出口产品,首先关注的就是激光灯的安全等级。假3B类激光安全事件为中国安防夜视监控业界敲响了警钟,同时也是国内企业开拓国外市场、进入民用市场的硬伤。


然而,更让人们遗憾的是,目前市面上所有的红外激光灯都只能达到4类激光安全级别。主要是有效距离市场需求与激光安全要求南辕北辙。因为市场对夜视照明距离需求趋势越来越远,生产商使用激光器的输出功率自然就越来越大。而激光器功率越大,其对人眼的安全性就越难保障。另一个重要原因是红外激光灯所使用的激光器本身的问题,市面上所有的红外激光灯使用的都是大功率的边发射激光器,它是点光源,准直性好,光强高。通常的,300米的夜视距离起码需要2W的边发射激光器,仅这一项就已远远超出了3B类激光安全标准要求的好几倍。


随着1979年面世的VCSEL面发射激光器技术的飞速发展,近些年来已成功在光通讯、医疗、探测、消费电子等行业广泛应用,却一直没有进入夜视照明行业。


在2015年秋,long8平台已察觉到安全激光夜视照明在民用市场潜在的巨大商机,开始投入研发安全型的红外激光照明。一直到2016年3月,率先成功研发出首款3B类激光安全级别的红外激光灯,并将之命名为小功率超远距系列安全红外激光灯。目前,该系列产品已包括了300米、500米、800米和1000米共4款有效夜视照明距离产品。它们不仅实现了智能同步、智能调光、智能匹配即插即用、远程控制的全智能功能,在保证激光灯良好补光效果情况下,在激光灯出光口位置测试,其光能量仅达到3B类安全标准的50%。安全型红外激光灯之所以能成为全新一代的产品,源于它拥有了以往所有同类产品都无法实现的几大特点。


首先,使用安全的VCSEL面射型激光光源。安全型红外激光灯是全球第一只基于VCSEL面射型激光芯片生产的,属于面光源,在人的视网膜上成像是一个面。以往传统的红外激光灯都是使用EEL边射型激光芯片,属于点光源,在视网膜上成像是一个点。因此,同样大小功率的激光,面光源的光能量密度要比点光源的小。


美国国家标准局(ANSI)公布的ANSI Z136眼睛安全标准800nm激光的最高能量密度规定为1MJ/cm2 ●秒,创造损伤概率微乎其微,被认为是安全的光源。安全型红外激光灯所使用的VCSEL激光的能量密度远低于ANSI Z136眼睛安全标准的36倍,而EEL边发射激光的能量密度却远高于此安全标准值。这也是以往传统的红外激光灯产品一直达不到3B类激光安全级别的主要原因。


其次,应用安全的光学设计理念。以往,因受到激光技术发展水平限制,为获得较远距离的有效照明距离,激光照明普遍使用大功率的激光器,而且还尽可能的将激光光束聚集以获得更高的光功率。然而,这种设计思路与安全的目的是背道而驰的。也曾有人对安全型红外激光灯的大直径出光镜头提出疑问,镜头越大,光衰减越大,要实现远距离夜视照明其所需激光器功率势必越大,怎么可能反而成了安全的红外激光灯?


其实这是一个错误的判断。首先,出光镜头越大,其光能量密度自然越低。然后,只要通过高水平的光学处理设计,确保出光激光光束在满足摄像机视场角的前提下,保持高准直性,便可实现激光输出的总能量大小实际上损失极少(因为,激光光能量的衰减主要受照明角度、照明距离以及水蒸气或雾霾的影响较大)。从而实现了低能量密度、高光强的安全光学设计。对于这一原理,有着“世界最大的天眼”之称的贵州500米口径球面射电望远镜就是一个很好的例证。相信,随着大功率激光器的技术发展,安全光学设计的理念将会被越来越多人认同与运用。


还有,安全型红外激光灯的耐温性达到了工业级,即工作温度范围为-40℃~+85℃,实现了-40℃超低温冷启动,传统的红外激光灯工作温度极限-20℃~+50℃,这是无法比拟的。


最后一个完全不同于传统型红外激光灯的特点,也是long8平台独创的:无损耗、无噪音、无抖动的3KM-AOT激光匀化技术。


业内人士都知道,毛玻璃激光匀化技术的匀化效果虽好,但仍存在着诸多不如人意的问题,如它会不同程度的损耗激光出光率,毛玻璃的透光率太高了匀化效果不明显,透光率低了出光功率衰减太大等,最要命的是激光匀化后出光功率的一致性极难控制。另外,激光匀化系统还有容易产生噪音及震动等的问题,还有毛玻璃激光匀化技术在摄像机摄像快门速度≥150时,光斑出现不同程度的忽大忽小及圆周水波纹抖动,快门速度越快,抖动的幅度越大越剧烈,这些缺陷都直接影响夜视监控效果。因此,基于毛玻璃的激光匀化技术让人既爱又恨,甚至被红外激光灯生产商喻为能不用就不用的“输液疗法”。


安全型红外激光灯抛弃了传统的基于毛玻璃的激光匀化技术,利用多个扩散光源阵列空间重叠覆盖的原理设计,完美消除激光散斑以及条纹和点状缺陷,使得激光散斑效果非常细腻柔和,避免了匀化系统对激光功率及照明效果的负影响。它与传统的毛玻璃激光匀化技术相比,有6大亮点:无损耗、无噪音、无震动、无抖动、无散斑、光强更高。


正因为有了这几个更新换代的技术特点,安全型红外激光灯虽然面世时间才短短几个月,但已被海康、大华、宇视三家安防监控行业的龙头企业更新应用。虽然,目前专业生产VCSEL红外激光灯的厂家只有龙8手机app1家。但随着夜视监控行业的民用、商用市场需求越来越大,越来越多的厂家蜂拥跟进,抢占市场蛋糕。相信VCSEL安全型红外激光灯在未来1、2年内便会将EEL边发射红外激光灯淘汰出局,而且,在不久的将来,很有可能突破价格限制,替换LED红外技术,大举进入近距的民用市场。在此,我们也期待着那一时刻早日到来,期待更新一代的技术产品的诞生,造福社会。





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