基于频移反馈腔的全光纤射频调制脉冲激光研究

射频调制的脉冲激光是激光雷达探测领域内的一项重要研究内容.根据声光斩波器的强度和频率调制特性,设计了基于频移反馈腔的全光纤射频调制脉冲激光.理论上,建立了基于频移反馈腔的激光外差相干理论模型,并进行了数值仿真.根据理论模型,实验上严格控制频移反馈腔的长度和声光斩波器触发信号的周期,在100 MHz的射频信号驱动下,产生了脉冲宽度110 ns、重复频率约20 kHz的具有最高700 MHz射频调制的脉冲激光(脉内调制激光);同时微调斩波周期可以实现脉冲前沿或后沿的多样性射频调制.通过改变反馈腔内光纤放大器的输出功率实现了射频调制深度的连续可调,最高达到了0.67.     

脉冲单频Nd:YVO4激光器及其倍频输出特性研究

为了研制激光干涉成像所需的主振荡功率放大(MOPA)结构脉冲单频激光器,本文完成MOPA激光器的种子源即声光调Q脉冲单频1 064 nm激光器的特性研究,同时完成种子源腔外倍频绿光特性研究。脉冲单频激光器采用声光调Q模块实现脉宽约20 ns的1 064 nm脉冲激光输出,采用环形腔设计并采用一组不同厚度的标准具实现单纵模运转。实验研究基频1 064nm和倍频532 nm激光脉冲的线宽,得出在全脉宽范围内都具有较高时间相干性的结论。实验分别获得脉宽约28 ns峰值功率约6.5 kW的1 064 nm脉冲单频激光和脉宽约20 ns、峰值功率约0.5 kW的532 nm脉冲单频激光,腔外倍频效率为5.6%。实验同时也验证了腔外倍频的激光脉宽压缩效应。     

CO2激光偏频锁定技术的研究

本文对于CO_2激光外差接收单元技术之一的CO_2激光偏频锁定技术进行了研究,实现了两个自由振荡的CO_2激光器之间的差频的锁定,当采取一定措施尽量减小环境的影响后,得到了≤1 kHz(τ=10s)的频率跟踪精度,中心频率在2 MHz～20 MHz内连续可调.     

IN腔内 Cd Te电光调 Q CO_2 脉冲激光外差信号研究(英文)

本文较详细地实验研究了腔内 Cd Te电光调 Q CO2 脉冲激光及其外差信号的时域频域特性 ,其激光脉冲时域波形长的拖尾被发现 .如果脉冲很弱 ,无法直接探测信号 .而在这种条件下用外差检测方法 ,就可以探测到较强的脉冲拖尾外差中频信号 ,且拖尾持续时间很长 .同时 ,讨论了在激光外差探测中本振和主振激光间偏频控制的可能性 .     

IN腔内CdTe电光调QCO2脉冲激光外差信号研究

本文较详细地实验研究了腔内CdTe电光调QCO₂脉冲激光及其外差信号的时域频域特性,其激光脉冲时域波形长的拖尾被发现.如果脉冲很弱,无法直接探测信号.而在这种条件下用外差检测方法,就可以探测到较强的脉冲拖尾外差中频信号,且拖尾持续时间很长.同时,讨论了在激光外差探测中本振和主振激光间偏频控制的可能性.     

窄脉冲外差体制CO2激光主动成像研究

根据大目标外差探测时发射功率P_T与距离R₂成正比规律的脉冲激光雷达方程和天线定理,利用国内最新研制的小型高重频电光调Q波导CO₂激光器,采用非线性扫描和激光器不等时发射技术,设计研制了一套窄脉冲外差体制CO₂激光主动成像系统,对室内20m处大目标实现了像元素64×32、成像速率10帧/s实时成像显示,图像质量较好,激光器峰值功率约为60W、脉冲重复频40KHz、前沿50ns、脉宽300ns.     

激光引信可调高频窄脉冲驱动电源设计

针对激光近炸引信周向探测系统中高发射频率和高精度的难点问题,设计了激光引信可调高频窄脉冲驱动电源.通过对激光引信周向探测系统的介绍以及激光驱动电源放电回路建模与理论分析,应用FPGA中PLL锁相环及相移倍频法提高计时时钟频率,实现可调高频脉冲触发信号,并经过高速整形电路与衰减电路控制信号幅值.运用场效应晶体管驱动器加速MOSFET管的导通,在电路中产生瞬时大电流.加工制作PCB板进行实验验证,实验结果表明:脉冲激光发射频率在0~30kHz可调,脉冲上升沿时间为10ns,脉宽20~40ns可调,激光峰值功率达到69.8 W.本设计可为激光近炸引信脉冲驱动电源设计提供参考.     

基于光斑跟踪器的脉冲峰值保持电路的实现

针对激光光斑跟踪器接收信号处理系统中常规A/D采样电路对脉冲电压峰值采集的技术要求,设计了一种脉冲峰值保持电路。通过对该峰值保持电路的各项指标进行理论分析,采用宽带宽跨导放大器MAX436设计该峰值保持电路,并对该电路进行了仿真分析与实验研究,得到满足参数指标设计要求的实验结果:对于脉宽50 ns的激光脉冲信号,在输入信号幅度大于100 mV时,峰值保持电路的响应速度2 ns,下垂速率6.0 mV/s,保持精度1.1%。     

利用锁相环和TV-Rb钟控制飞秒激光脉冲的载波包络相移

为了实现对锁模飞秒钛宝石激光器的相位控制，采用改进的相移测量装置，使载波包络频移信号的信噪比提高到了40 dB以上.在此优化测量结果的基础上，利用电子锁相环技术，通过PZT改变激光器腔内端镜的倾斜将飞秒激光脉冲的载波包络相位锁定到了微波参考源TV-Rb钟10 MHz标准信号上，同时激光脉冲重复频率也采用另一个PZT控制激光腔长锁定到了同一个TV-Rb钟10 MHz信号上.锁定后的结果显示重复频率的锁定达到了TV-Rb钟本身的稳定度，而载波包络相位锁定后比锁定前稳定度提高了三个数量级.     

基于半导体开关和LTD技术的高重频快沿高压脉冲源

采用快开通功率MOSFET,通过优化驱动电路、磁芯参数以及耦合结构,设计了基于半导体开关和直线变压器驱动源（LTD）技术的高重频快沿高压脉冲源。该脉冲源由四级LTD串联而成,可实现单次脉冲和最高频率2 MHz脉冲串输出。脉冲最高幅值约2.3 kV,上升沿约7 ns,脉宽约90 ns,下降沿约20 ns,输出电压效率约95%。该脉冲源结构紧凑,输出脉冲稳定,实现了模块化设计,可作为重频电磁脉冲模拟源使用。     

Offset frequency locking for nanosecond laser pulses

A method of multi-pulse discriminating frequency and high probability average value filtering is presented for offset frequency locking with ns laser pulses. In the experiment, the frequency locking for cavity-dumped CO₂ laser with 100 ns pulse width and the repetition rate of 10 kHz was studied. The precision was up to ±2 MHz at the heterodyne frequency 90 MHz. However, it is more than ±10 MHz for the single pulse discriminating frequency. This method can also be applied to laser offset frequency locking for many kinds of short pulse lasers.     

A simple heterodyne frequency offset locking system for pulsed lasers

As a new approach the heterodyne frequency offset locking system which is applicable to a broad range of pulsed lasers is described. A 100 MHz wide-band and all-digital frequency discriminating technique is presented and an offset locking loop in which the frequency discriminator works accordingly is designed. The result of the experiment on offset locking between a CW CO₂ laser and an electro-optically Q-switched CO₂ laser with an optical pulse width 300 ns and its repetition rate 20 kHz showed that the beat frequency stability was kept within ±2 MHz.     

双通道电光调Q射频激励波导CO2激光器研究

报道了双通道可调谐电光调Q射频激励波导CO2激光器,其中一通道是光栅选支电调Q的脉冲激光输出,调Q脉冲重复频率1Hz-10kHz可调,,脉冲峰值功率为150W,脉冲宽度为180ns,另一通道是光栅选支连续激光输出,可用压电陶瓷调节激光频率,同时分析了激光外差频率调谐范围,实验上获得最大脉冲激光外差频率调谐范围为150MHz。     

窄线宽纳秒脉冲光纤拉曼放大器的理论模型和数值分析

窄线宽纳秒脉冲光纤拉曼放大器在非线性频率变换、遥感探测和量子信息等领域有广泛的应用前景.综合考虑受激拉曼散射(stimulated Raman scattering,SRS)、受激布里渊散射(stimulated Brillouin scattering,SBS)、自相位调制(self-phase modulation)和交叉相位调制(cross-phase modulation)等非线性效应,建立了窄线宽纳秒脉冲光纤拉曼放大器的非线性动力学模型.仿真分析了放大器中脉冲激光的时频演化特性,对比研究了抽运脉冲宽度、光纤长度和信号光功率等因素对放大器性能的影响.研究发现,上述因素会影响放大器的SRS阈值、SBS阈值、输出激光线宽、激光转换效率等.例如,当脉冲宽度为800 ns时,SBS随着抽运功率的增加而发生,限制了激光功率的提升;减短抽运脉宽可以抑制SBS,但是输出激光的线宽易于展宽到数百MHz以上;增加光纤长度可以获得更低的SRS阈值和更高的转换效率,但是SBS效应和光谱展宽程度也随之增强.系统搭建中需要平衡各非线性效应,选择合适的系统参数.研究内容可以为窄线宽纳秒脉冲光纤拉曼放大器的设计搭建提供参考.     

1.064μm半导体激光脉冲种子源的设计

设计了一种运用于MOPA（master optical parameter amplifier）系统的半导体激光种子源。研制了高速大电流驱动模块和任意波形发生器,实验采用1.064μm QW-DFB的大功率半导体激光器,得到了脉冲光功率优于200mW,脉冲宽度1.5ns～1μs和重复频率1kHz～1MHz可调的半导体激光脉冲种子源。     

1.06 μm相干激光雷达动目标多普勒信号探测

介绍了一套1.06 μm脉冲式相干激光雷达测速演示系统.采用单块非平面环形激光器作为种子,注入到单纵模运转的Q开关高重复频率Nd∶YAG激光器为发射源,实现稳定的单频输出.通过外差式相干探测的方法,利用转速0~60 Hz可调、直径为10 cm的转盘为运动目标,回波信号被带宽为3.5 GHz的高速光电探测器响应后,经采样率为2.5 GS/s的A/D采样,输送到基于LabVIEW信号处理系统中,从而测量不同转速下的多普勒频移,各测速点的多普勒频移测量结果相对误差在3%以内.针对测量中存在的误差从激光器输出线宽和测速系统准确度两方面进行了误差分析,并提出了改进措施.演示系统的良好重复性证实了这种相干激光雷达系统的可行性.     

Distributed fiber sensing system with wide frequency response and accurate location

A distributed fiber sensing system merging Mach–Zehnder interferometer and phase-sensitive optical time domain reflectometer (Φ-OTDR) is demonstrated for vibration measurement, which requires wide frequency response and accurate location. Two narrow line-width lasers with delicately different wavelengths are used to constitute the interferometer and reflectometer respectively. A narrow band Fiber Bragg Grating is responsible for separating the two wavelengths. In addition, heterodyne detection is applied to maintain the signal to noise rate of the locating signal. Experiment results show that the novel system has a wide frequency from 1 Hz to 50 MHz, limited by the sample frequency of data acquisition card, and a spatial resolution of 20 m, according to 200 ns pulse width, along 2.5 km fiber link.     

Single-frequency operation of a laser diode side-pumped Q-switched Tm:YAG laser using seeding injection technique

A laser diode (LD) side-pumped 2 μm single-frequency Q-switched Tm:YAG laser was demonstrated. The laser was injection seeded by a CW single frequency Tm:YAG laser with a twisted-mode cavity. The maximum single-frequency pulse energy was 16.3 mJ, with a pulse width of 570 ns and a pulse repetition rate of 10 Hz. The linewidth of the 2 μm single-frequency Q-switched laser was 0.68 MHz, measured by using the optical heterodyne technique. The M ² of the laser beam was measured to be 1.09 and 1.03 for x direction and y direction, respectively.     

MHz 高压脉冲电源设计

设计了一款基于金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)开关的高压高频脉冲发生器,采用多个以光纤信号隔离触发的串联MOSFET作为高压开关,并由FPGA提供控制信号。该发生器由相同的MOSFET管部分组成,并联并按顺序触发,与参考信号同步。所述电路和工作模式克服了MOSFET管发生器的功耗限制,使脉冲重复率显著提高。详细介绍了该MHz高压脉冲发生器的工作原理和制作过程,然后进行了初步试验,验证了该发生器的性能。该电路在1 MHz的高重复率下,输出上升时间为十几ns、脉宽为百ns、电压幅值大于1 kV的平顶脉冲。