激光陀螺克服高、低温冲击的技术研究

分析了激光陀螺在经历外部环境温度变化时光强和性能发生变化的原因,提出了利用新型腔长角度控制镜(光路程长控制镜)的角度控制元件作为驱动器件,应用类似小抖动稳频的原理对激光陀螺环形光路进行闭环控制,并通过对各光路控制单元采取分时控制的办法解决了光路稳定过程中的调制信号的冲突,使激光陀螺在环境变化时始终保持其光程长和光路相对位置的稳定从而保证其性能的稳定。实验结果表明,对原来在全使用温区(-40℃~ 60℃)光强变化达30%甚至只要有光的,通过光路稳定措施可将光强稳定在±3%以内,对于有些在高低温时不能出光的,也可以达到可使用的光强稳定水平。较好地解决了许多激光陀螺难以克服的耐高、低温冲击问题。     

激光陀螺光路变动分析及其对陀螺性能的影响

分析了腔平移镜这一引起激光陀螺光路变动的主要因素,旨在揭示腔平移镜影响激光陀螺内部光路的机理及其影响的大小。通过分析计算得出,腔平移镜歪扭引起激光陀螺内部光束通过光栏中心位置时产生的横向位移相当于光栏半径10%~20%的变化。通过搭建光路测试系统,验证了腔平移镜歪扭的变化主要造成了激光陀螺内部光束通过光栏中心位置的变化这一结论,分析了这一变化对激光陀螺性能影响的机理。     

激光陀螺腔长控制机构研究与改进

 腔长控制机构在激光陀螺中通过控制腔长来保证激光陀螺工作光束的频率稳定,其对激光陀螺性能的提高有着重要意义。针对激光陀螺工作过程中,传统腔长控制机构的控制镜扭偏导致光束在腔中的位置偏移毛细孔的中心位置,引起腔内的散射、损耗发生变化从而影响陀螺性能及精度的问题,对激光陀螺腔长控制机构进行了研究,并设计了一种新的腔长控制机构以减小控制镜的扭偏对陀螺产生的影响。利用有限元分析法对新腔长控制机构进行了优化设计和仿真。试验表明,新的腔长控制机构减小了控制镜的扭偏,使得激光陀螺的零偏稳定性由0.7°/h提高至0.3°/h。     

空间正交三轴激光陀螺的调腔技术

通过分析传统激光陀螺的调腔方式,提出了激光陀螺应在实际工作条件(具有增益能力状态)下进行调腔的观点,以及通过控制其腔长或光程长来控制反射镜的反射方向的调腔方法,并相应地设计了新的腔长控制镜结构。通过全面扫描的方式,找出了空间正交三轴激光陀螺的三腔在高质量运转时的最佳角度控制参数,解决了空间三轴激光陀螺高精度调腔的难题。     

激光陀螺腔长控制镜结构特性有限元分析

 为研究激光陀螺腔长控制反射镜结构参数对其性能影响,提出了建立腔长控制镜弹性、压电体耦合有限元模型并进行直接耦合场有限元分析的方法。通过编制ANSYS有限元软件宏文件,实现有限元模型与结构尺寸的自动同步。对某型激光陀螺腔长控制镜仿真计算表明,反射镜环槽内外径以及变形筋的厚度对其光程调节能力影响最大,并在此基础上实现了该型控制镜的优化设计。实验表明该方法对激光陀螺腔长控制镜的结构设计具有一定的指导意义。     

腔内低气压对激光陀螺光路变动及其损耗的影响

激光陀螺光路稳定性决定着陀螺的性能,而谐振腔内外压差是影响陀螺光路稳定性重要因素之一.为了研究腔内低气压对激光陀螺光路变动及其损耗的影响,采用ANSYS仿真软件对激光陀螺在腔内低气压状态下反射镜的微小形变进行了仿真计算,结果表明:低气压状态下,反射镜的中心发生最大形变,其中球面镜最大形变量为545nm,平面镜最大形变量为31nm,这不仅引起光路偏离光阑中心390nm,同时引起球面镜曲率变化174mm.进一步从理论上分析了这种变化对光路变形和谐振腔损耗的影响,结果表明:上述变化综合引起谐振腔损耗变化2%~3%,其中球面镜曲率半径的变化是引起损耗变化的主要原因,增加球面镜槽深或降低腔内外压差都能有效减小这种光路的变化.通过搭建光路测试系统,进一步验证了计算结果的正确性.     

衰荡腔测量中的腔参数选择

 基于谐振腔失调灵敏度参量随腔长的变化关系，提出了一种衰荡腔，它是由共焦腔将腔长缩短为原来的0.73得到的稳定腔。根据光束传输规律和失调腔矩阵方法，以及光腔衰荡法测量原理和曲线拟合方法，建立了腔长、腔镜角度失调下光腔衰荡法的反射率测量模型。通过数值模拟，研究了这种稳定衰荡腔中，腔微小失调对反射率测量结果的影响，并与相同失调情况下共焦衰荡腔的测量结果进行了对比分析。结果表明，这种稳定腔用作衰荡腔，测量结果受腔镜角度失调影响较大，而受腔长失调影响小；其长度较短，便于工程应用；衍射损耗较小，测量精度高。     

外腔半导体激光器在高低温下的机械形变与功率变化

外腔激光器具有窄线宽、低功耗的特征,主要用于相干光通信,实际应用中外腔激光器的输出光功率会在环境温度为高温或者低温时出现下降现象。通过使用有限元商用软件Ansys分析,发现高低温下机械结构会有微小的挠度变化,相较于常温,高低温下最大的挠度角度为0.04°。外腔激光器的腔长较长,结合光路仿真软件Zemax研究发现,微小的挠度变化会引起较大的光路变化,影响耦合效率,进而导致输出光功率降低。通过实验量测证实了光路变化,并基于挠度变化引起功率降低的理论,从设计角度提出了通过缩短腔长、加厚基座的方式来减小输出光功率随环境温度的变化。提出的模型与思路可以为类似产品的功率温度相关性分析提供量化分析思路。     

稳瞄炮长镜加装CCD摄像机技术分析

分析在炮长镜现有位置基础上加装CCD摄像机的可行性，提出加装CCD 摄像机的原则和方案。通过选择恰当的CCD摄像机安装位置和结构布局，满足了炮长镜潜望高度保持不变，炮长瞄准镜的内部结构改动量较少，加装成本整体降低的要求。借助有关理论，讨论了CCD摄像机选型、光路计算、激光发射光路镀膜的变化等问题。最后指出，炮长瞄准镜在加装CCD摄像机后，若再配备具有数据处理功能的自动跟踪组件，还可实现视频自动跟踪，而其原有的可见光观瞄功能仍然保持不变。     

带高斯镜的热透镜谐振腔的光腔特性及动力学稳定性

建立了带高斯镜的热透镜谐振腔的光学矩阵，分析了谐振腔的稳定性条件及腔内高斯光束的传输特征，通过研究光腔特征参数随热透镜变化的动力学特征，探讨了此类谐振腔的动力学稳定性。     

高功率激光器抗失调谐振腔的实验研究

为简化高功率激光器谐振腔结构,提高激光谐振腔的稳定性,增加基模体积,改善光束质量,提出了两种新型激光谐振腔结构,分别是带角隅反射镜的激光谐振腔和直角内圆锥面反射镜激光谐振腔。使用高功率脉冲CO2激光器,研究了这两种激光谐振腔的输出特性和腔镜失调的关系,并结合平凹稳定腔,对三种激光谐振腔的抗失调稳定性进行了对比。实验结果表明,随着全反镜或平面输出镜失调角的增加,角隅腔激光器的单脉冲输出能量下降速度小于直角内圆锥面全反镜腔。两种新型谐振腔全反镜的抗失调稳定性都超过平面输出镜。角隅全反镜谐振腔和直角内圆锥面全反镜谐振腔的抗失调稳定性均大大超过平凹稳定腔。     

激光陀螺新型槽片

根据激光陀螺的使用要求,针对传统槽片在结构和材质上给加工和陀螺性能所带来的不利因素,设计一种集微晶玻璃和熔石英玻璃的优点于一体的新型槽片结构。其基体采用与陀螺腔体材料相同的底膨胀系数的微晶玻璃,反射片采用抛光表面特性很好的熔石英玻璃,通过光胶接合组成一个完整的新型槽片。并针对新的槽片结构提出了与之相应的陀螺腔体贴片面加工方案,使其既能配合新结构的槽片又不增加腔体的制造难度。同时还提出和实现了在加工中采取球面部件与槽片基体分开加工的方式,使得新结构槽片不仅解决了长期困扰陀螺制造行业的因石英槽片易漏氦而引起的陀螺存储寿命相对较短的问题,同时还降低了球面基片超光滑表面加工难度和加工成本。     

ICF驱动系统中新型阵列式镜架的设计研制

 介绍了一种新型伺服反射镜单框镜架结构，它用一点支撑两点调整实现反射镜的两维角度调节。新型伺服反射镜镜架结构具有结构简单、体积小、调整灵敏度高、稳定性好的特点，可在各种角度下使用，并可以用多个单元组成阵列式伺服反射镜、阵列腔镜。这种新型伺服反射镜及相应的阵列式伺服反射镜、阵列腔镜适用于大型ICF驱动器。     

角隅全反镜谐振腔激光器的输出特性

 在高功率脉冲气体激光器中，用角隅反射镜作为全反镜，平行平面镜作为输出镜构成角隅全反镜谐振腔。对角隅腔激光器的输出特性和抗失调稳定性进行了研究，并与平凹腔和平平腔激光器进行了比较。实验结果表明：在角隅全反镜失调角为16 mrad时，角隅腔激光器的单脉冲输出能量下降9.2%，且近场输出光斑没有明显变化；而凹面全反镜失调角仅为0.4 mrad时，平凹腔激光器输出能量下降了9%，近场输出光斑严重变形。在输出镜正前方3.12 m处测量，当角隅镜偏转16.3 mrad时，激光器输出光斑与标准状态时的输出光斑重合；凹面全反镜失调角为0.4 mrad时，激光器输出光斑位移14 mm。经模式仪分析表明，角隅腔激光器近场光强分布均匀。     

半导体可饱和吸收镜被动锁模侧面抽运Nd:YAG激光器研究

利用半导体可饱和吸收镜(SESAM)锁模技术实现的超快脉冲激光器具有结构简单紧凑、脉冲序列稳定等优势,在许多领域有着重要用途,自问世以来受到国内外的广泛关注.分析了SESAM被动锁模侧面抽运固体激光器的具体要求,进行了不同条件下的SESAM被动锁模侧面抽运Nd:YAG激光器实验.获得了最高平均功率9.5 W,脉冲重复频率71 MHz,单脉冲能量约141 nJ的皮秒激光脉冲.对SESAM被动锁模侧面抽运Nd:YAG激光器进行了实验和理论分析,对实现高功率连续超短脉冲激光器进行了探讨.     

任意球面元件的超高反射率测量方法

为了实现任意球面元件的超高反射率测量,提出直腔和折叠腔两种光腔结构,以实现0,10,15和30等不同角度下球面元件的超高反射率测量。详细分析了这两种测量方式,根据光束传输变换公式,推导了任意球面元件在测量中引入的衰荡光腔物理腔长的变化,得到了实验测量中腔长调节指导。并根据光腔衰荡法原理,推导了球面元件在超高反射率测量中的通用数学表达式,对测量公式进行了讨论,分析结果扩展了光腔衰荡法在元件超高反射率测量的使用范围。