基于距离选通成像系统的水下目标探测技术研究

 基于距离选通原理,采用波长为532 nm、脉冲宽度为20 ns的Nd∶YAG激光器和距离选通ICCD成像系统,通过脉冲激光照射水下目标,ICCD系统同步选通接收,对漫射衰减系数约为0.45的8 m水深内的水下目标的成像能力进行了实验研究,获得了10 ns的图像选通效果和7 m的探测能力。实验结果表明,距离选通成像方法是一种快速、有效的水下目标探测和识别手段。     

激光照明水下目标距离选通成像系统的研制

基于水下目标探测的应用需求,研制开发了一套激光水下距离选通成像系统。系统采用波长532 nm、最大单脉冲能量400 mJ的Nd:YAG脉冲激光器作为照明光源,采用最小选通门宽3 ns、像元10241024的ICCD相机作为门选通器件和图像记录器件,利用DG535型数字脉冲发生器作为精确延时和同步控制器件实现激光脉冲和ICCD相机选通门的同步以实现距离选通功能。利用该系统在某水库进行了水下目标探测实验,实验结果表明,该系统可在6.5倍的衰减长度上识别目标,在8倍衰减长度上发现目标。     

距离选通激光水下成像系统的门控信号对图像质量的影响

研究了水体的前后向散射光和目标反射光的传输特性,运用脉冲激光器和增益型CCD(ICCD)搭建了距离选通激光水下成像实验系统,建立了计算距离选通激光水下成像系统光信号的数学模型,分析了图像对比度传递系数与门控信号的关系.编制计算机程序,根据所搭建实验系统参数计算并绘制了距离选通激光水下成像系统门控信号与图像对比度传递系数的关系曲线,提出了距离选通激光水下成像系统最佳门控策略.数值计算和实验结果表明:在ICCD未饱和的情况下.精确开门得到的图像质量最高,不论是滞后开门或是提前开门都会使图像分辨率有所下降,但滞后开门比提前开门较为有利,并且选通门开启的持续时间则应取激光脉宽的1～3倍.     

水下探测光电成像技术及其进展

阐述了激光主动照明选通成像的原理。针对水下成像系统对光电接收器件和照明光源性能的要求,介绍了当前主要成像器件的特性和在选通成像系统中的优缺点。重点分析了ICCD光电接收器件的选通性能和特点,列举了几种先进的ICCD系统的性能参数。对其它几种水下成像系统的性能参数进行了简单的介绍和对比,分析了今后成像器件的发展方向。     

亚RS激光脉冲电取样方法

针对亚ns激光脉冲,提出一种基于ps脉冲传输线和高速电子电路的电快脉冲取样方法,设计了选通脉冲产生电路和高速取样保持电路,给出一种提高实时采样速率的交叉采样方法,该方法由并联结构的多组取样门阵列实现。可应用于多路激光脉冲的精密测量。     

亚ns激光脉冲电取样方法

 针对亚ns激光脉冲,提出一种基于ps脉冲传输线和高速电子电路的电快脉冲取样方法,设计了选通脉冲产生电路和高速取样保持电路,给出一种提高实时采样速率的交叉采样方法,该方法由并联结构的多组取样门阵列实现。可应用于多路激光脉冲的精密测量。     

基于选通深度曲线的脉冲激光水下传输时域展宽测量

时域展宽是脉冲激光在水下传输时的重要特性,直接影响蓝绿激光对潜通信和水下激光成像等水下光电应用的性能。推导了选通深度曲线的特征参数与脉冲激光回波波形参数和增强型电荷耦合器件(ICCD)选通波形参数的关系,从而提出了基于选通深度曲线的脉冲激光水下传输时域展宽测量方法。利用所搭建的高重频脉冲激光水下成像系统,在大型室内船池中进行实验测量。结果表明,所提方法能够有效完成脉冲激光在水下传输时的时域展宽测量,尤其适用于远距离传输的情况。     

增益调制高重频脉冲光纤激光器实验研究

采用脉冲泵浦方案,研制出了基于增益调制技术的全光纤结构高重频脉冲激光器。采用电路直接调制的激光二极管作为泵浦源,双包层光纤作为增益介质,构造了光纤光栅选模的线形腔结构。实验中通过调整泵浦光脉冲宽度和光纤激光器谐振腔长度,得到了稳定的高重频脉冲。在100kHz重复频率下,采用21W的峰值泵浦功率和2.5μs的泵浦脉冲宽度,获得了1.06μm波长,脉冲宽度247ns的稳定脉冲激光输出。脉冲峰值功率一致性好,平均功率长期功率稳定性为2%。观察并分析了由于纵模拍频在脉冲包络上产生的次脉冲特性。通过一级放大实现89.6 W输出。     

脉冲激光引信用PFM和PWM式LD驱动电路的研究

 在激光引信的通讯系统中，针对引信用脉冲式半导体激光器驱动电路的脉冲宽度、频率、功率可调的需要，根据LD驱动电路的工作原理，建立了LD驱动电路的一般模型。然后用电子多频振荡器提供驱动信号，用双MOS驱动器来驱动半导体激光器，通过大量的实验、仿真、分析、比较，设计出了方便可调的大功率LD的驱动电路，该电路的脉冲频率和脉冲宽度可方便调整。并且该驱动电路的频率调节范围大（10Hz~20kHz）；脉冲宽度可以从几ns到几百ns进行调节，大大提高了激光引信通讯系统的性能与可靠性。     

距离选通成像系统分辨率模拟测试装置

距离选通成像系统采用脉冲激光主动照明与ICCD选通技术相结合. 为了在室内模拟测试一定大气条件下距离选通成像系统的分辨率,设计了一套模拟测试装置. 采用两个模拟光源,分别模拟信号光和后向散射光. 结合大气距离选通成像系统后向散射光和信号光模型的研究结果,采用阴极面等效辐射照度法,给出了模拟光源功率的计算方法和功率范围的确定方法,以S-20光电阴极的像增强器与CCD耦合为例,计算了模拟光源功率.     

All-solid-state narrow-linewidth 455-nm blue laser based on Ti:sapphire crystal

A compact, all-solid-state, narrow-linewidth, pulsed 455-nm blue laser based on Ti：sapphire crystal is developed. Pumped by a 10-Hz, frequency-doubled all-solid-state Nd：YAG laser and injection-seeded by an external cavity laser diode, the narrow-linewidth 910-nm laser with pulse width of 20 ns is obtained from a Ti：sapphire laser. 3.43-mJ blue laser can be obtained from the laser system by frequency-doubling with BBO crystal. This research is very useful to determine the roadmap of developing the practical, high power blue laser. This kind of laser will have potential application for underwater communication.     

高重复频率脉冲激光能量测量（英文）

设计了一种用于高重复频率脉冲激光能量测量的峰值保持电路。电路由电荷积分器、2阶低通滤波器、时间延迟触发器和峰值保持器组成,通过将光电流脉冲转换成电压脉冲,电压脉冲的峰值与对应电流脉冲所包含的能量成正比。实验测量结果表明：该电路可以测量脉宽〈10 ns,重复频率≥2 kHz的重频窄脉冲激光的脉冲能量,且工作稳定,其线性动态范围≥140倍。该电路可应用于光电阵列探测系统中,能实现较高的空间分辨力。     

大电流窄脉宽LD脉冲驱动电源研究

基于三维激光成像雷达成像性能的需求,设计了一款应用于其发射系统的半导体激光器脉冲驱动电源。在对驱动电路模型理论分析的基础上,选取了RF高速功率开关,并运用PSPICE工具对驱动电路进行了仿真分析,设计出了一款峰值电流可达30A,上升沿小于2ns,脉宽小于6ns,重复频率15kHz的LD脉冲驱动电源。该设计满足激光成像雷达发射系统的技术指标要求。     

大电流纳秒级脉宽激光二极管驱动电路的设计

脉冲激光雷达探测的性能直接与激光束的质量和能量有关,而激光驱动电路则直接决定了脉冲激光的功率和脉冲宽度。基于半导体激光雷达探测系统的要求,设计出应用于激光雷达发射系统的大电流纳秒级脉冲半导体激光二极管的驱动电路。介绍了电路的系统结构和驱动级电路的模型及其理论分析,推导其电流数学模型计算公式,并对关键器件的选择进行了总结;运用SPICE仿真程序对驱动电路进行了仿真。制作了印刷电路板,得到峰值电流25A,脉宽15ns的脉冲电流,满足设计要求。     

高功率紧凑型重频快Marx脉冲驱动源

基于快Marx发生器技术路线,研制了一套具有高功率密度的低阻抗紧凑型重频脉冲驱动源。采用18级Marx发生器电路结构,每级由1只60 nF/100 kV脉冲电容器、1个气体开关及隔离电感构成,每两级构成一个模块,整体采用SF6气体绝缘,储能密度达到25.7 kJ/m3;采取开放式气体开关,其中两级为触发开关,其余为过电压自击穿开关;触发源采用小型化Marx电路及绝缘胶真空灌封设计。实验中脉冲驱动源单次工作时在约18 阻抗负载上输出电压达到765 kV、脉宽约160 ns、前沿约50 ns,功率密度达到157 GW/m3;受充电电源功率限制,重复频率5 Hz充电70 kV,连续5脉冲输出功率约17 GW,脉冲波形重复性较好。     

脉宽对中红外激光带内损伤HgCdTe材料的影响

研究了脉宽对于中红外脉冲激光带内损伤碲镉汞（HgCdTe）材料阈值的影响,使用一维自洽模型对激光辐照HgCdTe材料程中的载流子数密度,载流子对数目流,载流子对能流,载流子温度和材料晶格温度等相关参数进行仿真计算。仿真结果表明,波长2.85 μm,脉宽30 ps～10 ns单脉冲激光带内辐照HgCdTe材料的损伤阈值为200～500 mJ/cm2。其中,300 ps～3 ns脉冲激光的损伤阈值相近,均为200 mJ/cm2且低于其他脉宽激光的损伤阈值。搭建实验光路并进行相关实验验证仿真模型的正确性。实验发现,波长2.85 μm、脉宽300 ps的单脉冲激光带内辐照HgCdTe材料的损伤阈值在200 mJ/cm2左右。相同条件下,10 ns单脉冲激光带内辐照HgCdTe材料的损伤阈值约474 mJ/cm2。百皮秒脉冲激光对HgCdTe材料的损伤过程结合了热击穿和光学击穿效应,其独特的毁伤机理加剧了材料的损伤。     

激光冲击强化激光器的研制

针对近年来发展的激光冲击强化技术,采用1级谐振8级放大的系统结构和模块化设计方法,研制出了激光冲击强化用短脉宽、大能量的Nd:YAG脉冲激光器,并对激光器技术指标进行了测试分析。在预热20 min后、环境温度变化小于2 ℃的情况下,单脉冲最大输出能量高达25 J,能量不稳定度小于3%,脉宽16~20 ns可调,脉宽不稳定度小于1 ns,光束发散角小于等于2.5 mrad,重复频率达5 Hz。对TC4钛合金进行激光冲击强化实验,大幅度提高了TC4钛合金试件表面的残余压应力。结果表明,研制的激光器各项性能良好。     

All-solid-state side-pumped intracavity sum frequency generation yellow laser at 589 nm with the output power of 11.4 W

A laser diode side pump all-solid-state pulse laser at 589 nm with high power and high conversion efficiency and small volume is demonstrated by intracavity sum frequency generation. By optimizing the cavity and adopting etalon techniques, a quasi continuous wave at 589 nm laser source, which has a maximum output power of 11.4 W, a repetition rate of 5 kHz, and a pulse width of 135 ns, is developed. The optical to optical conversion efficiency is up to 6.5% and the power stability is better than 2% in 8 hours.