kHz激光器在武汉卫星观测站的测距实验

高重复频率激光器是kHz卫星激光测距系统的重要组成部分,提高激光发射频率可以有效地获得更多的观测数据,这是当今卫星激光测距领域的发展方向.针对武汉卫星观测站进行的kHz激光测距实验,介绍了kHz激光器的工作过程和原理,分析了影响高重复频率回波探测的因素.实验结果表明:对实验过程中所观测到的中低轨卫星,观测数据量提高了1...     

基于G-SPAD的卫星激光测距回波特性

从盖革模式单光子雪崩光电二极管的光电特性出发,分析了卫星激光测距的测距精度与激光脉冲宽度及回波强度的关系,并利用长春站卫星激光测距系统对地球动力学卫星进行观测.结果表明,当回波光子数为1 000左右时,系统测距精度为10.2mm左右,当回波光子数为8 000时,测距精度减小为9.4mm左右,表明回波强度较大时,可提高卫星激光测距系统的测距精度;当激光器脉宽为200ps时,系统测距精度为17.3mm,当脉宽为50ps时,系统的测距精度为10.0mm,表明卫星激光测距系统的测距精度随着脉宽变窄得到了有效提高.为进一步验证理论结果,对Ajisai卫星进行实测,分析了高重复频率激光测距系统对系统测距精度的影响,结果表明采用窄脉宽高重复频率的激光测距系统,激光测距有效回波数和标准点密度呈数量级增加,测距精度也有一定的提高.因此,为了改善卫星激光测距系统回波特性,应选用脉宽窄、重复频率高、能量大的激光器作为基于盖革模式单光子雪崩光电二极管的卫星激光测距系统的激光光源.     

TW级钛宝石飞秒激光放大装置中的同步控制

讨论了TW级飞秒激光放大装置中的同步时序系统原理,介绍了自行设计并建造的3套频率成分各异的TW级钛宝石飞秒激光放大装置,其中"极光Ⅱ"和"Titan"为两级放大系统,前者预放大与主放大重复频率均为10 Hz,后者采用1 kHz的预放大和10 Hz的主放大,"极光Ⅲ"为多级放大系统,预放大重复频率为10 Hz,主放大分别为1 Hz和15 min输出一发。针对各个放大装置的不同特点和对同步精度的具体要求,自行设计并建造了不同的同步时序控制系统,实现了各个激光放大系统的有效运转,同步精度达到200 ps。     

La2CaB10O19晶体高效紫外激光输出研究

La2CaB10O19(LCB)为可通过Nd∶YAG激光三倍频产生355 nm紫外激光的非线性光学晶体,其光学性能可与商用化的LiB 3O 5(LBO)晶体媲美,但抗潮解特性优势明显。本文对用LCB晶体实现355 nm紫外激光输出的三倍频产生过程进行了优化设计,利用走离补偿方法来提高激光输出转换效率。通过在光路中加入沿θ=45°方向切割、厚度为1.2 mm的方解石晶体走离补偿片,在脉冲宽度为60 ns、重复频率10 kHz的激光参数下实现355 nm输出功率由12 W提升至20 W;在脉冲宽度为25 ps、重复频率为10 Hz的激光参数下355 nm转换效率由28.3%提升至35.2%。     

1 kHz重复频率多脉冲皮秒激光器研制及其空间碎片激光测距应用

超短皮秒脉冲的峰值功率高、大能量输出困难。通过将单个脉冲分成多个相邻的脉冲,可增大脉冲包络总能量,提高激光输出功率。设计并获得光-光转化效率为39.3%的单路锁模皮秒种子激光输出,提出将单脉冲分成多脉冲的方法,利用布拉格体光栅(VBG)脉冲展宽、多脉冲生成、再生放大、行波放大及频率转换等激光技术获得脉冲间距为1 ns、输出功率为10 W、脉冲包络能量为10 mJ、单脉冲脉宽约为100 ps、光束质量为1.67、重复频率为1 kHz的532 nm百皮秒四脉冲激光输出。通过激光模块泵浦产生的热透镜效应,并通过调节泵浦电流实现对激光输出发射角的连续精确调节,获得的最小发散角为0.2 mrad。将所设计方法应用在上海天文台空间激光测距站平台上,进行多颗空间碎片测距,测距精度最优为16.44 cm。该结果表明多脉冲可增大激光总输出能量、提高激光输出功率且可为空间碎片激光测距探测能力的提升提供有效的技术途径。     

可控制变频率微片激光器

 用20 W光纤耦合LD作为泵浦光源，对Nd^{3+sup>:YVO_{4/sub>微片进行了增益开关实验，获得了可控制变重复频率（1 Hz～25 kHz）的调Q激光输出。输出脉冲激光的宽度为16 ns，输出的峰值功率在几W。从速率方程出发进行了增益开关理论研究，通过数值解，分析了输出激光特性：当泵浦电流高于产生单脉冲的电流时，增加泵浦电流将在一个泵浦脉宽中出现多个激光脉冲输出；增加泵浦脉宽，将在一个泵浦脉宽中出现多个激光脉冲输出，泵浦脉宽越大，子脉冲个数越多；当增加重复频率时，输出与泵浦激光重复频率完全一致的激光脉冲，但也将在一个泵浦脉宽中出现多个激光脉冲输出。}}     

LD侧面泵浦Nd∶GdVO4 532 nm绿光激光器

为了获得高功率窄脉宽532 nm绿光激光输出,通过高重复频率声光驱动调Q技术和LD侧面泵浦Nd∶GdVO4技术,获得高功率线偏振1 064 nm激光输出。采用内腔倍频方式,对非线性晶体KTP进行频率变换,实现高功率窄脉宽绿光激光输出。在电源输入电流30 A,调Q驱动频率10 kHz的条件下,获得最高功率30 W线偏振1 064 nm激光输出,脉宽30 ns,倍频KTP晶体获得23.4 W的532 nm绿光输出,1 064 nm到532 nm转化效率为78%。实验结果表明:通过声光调Q技术和LD侧面泵浦Nd∶GdVO4技术,可以实现高功率线偏振窄脉宽1 064 nm激光输出,倍频非线性晶体KTP可获得高功率窄脉宽532 nm激光。     

面向Li原子D1线频率测量应用的掺铒飞秒光纤光梳系统

报道了自主研制的面向Li原子D1线频率测量应用的掺铒飞秒光纤光学频率梳,包括飞秒激光源,频率探测及控制单元,光谱展宽及拍频单元.光纤光梳系统中飞秒激光光源是一套基于非线性偏振旋转锁模机制的掺铒飞秒光纤激光器,重复频率为196.5MHz,中心波长为1 572nm.利用f-2f法探测载波包络相移频率,获得信噪比约为40dB的信号(分辨率带宽300kHz).改变飞秒激光光源泵浦控制载波包络相移频率、频率稳定度是3.74×10-18/τ1/2;通过电光晶体和压电陶瓷改变飞秒激光光源腔长来控制重复频率frep、频率稳定度是1.75×10-13/τ1/2.利用高非线性光纤和倍频晶体将光纤光梳直接输出光谱由1 520～1 607nm扩展到671nm,获得了单模功率为208nW的光信号.与671nm单频激光拍频产生约为60dB(分辨率带宽1Hz)信号,满足Li原子D1线频率测量实验的需求.     

LD侧面泵浦Nd:GdVO4 532 nm绿光激光器

为了获得高功率窄脉宽532 nm绿光激光输出,通过高重复频率声光驱动调Q技术和LD侧面泵浦Nd∶GdVO4技术,获得高功率线偏振1 064 nm激光输出.采用内腔倍频方式,对非线性晶体KTP进行频率变换,实现高功率窄脉宽绿光激光输出.在电源输入电流30 A,调Q驱动频率10 kHz的条件下,获得最高功率30 W线偏振1 064 nm激光输出,脉宽30 ns,倍频KTP晶体获得23.4 W的532 nm绿光输出,1 064 nm到532 nm转化效率为78％.实验结果表明:通过声光调Q技术和LD侧面泵浦Nd∶GdVO4技术,可以实现高功率线偏振窄脉宽1 064 nm激光输出,倍频非线性晶体KTP可获得高功率窄脉宽532 nm激光.     

激光测距卫星的质心改正模型

卫星质心改正值(简称CoM,Center-of-Mass)是卫星激光测距系统中的一个重要参量,准确估算该参量有助于提高卫星激光测距精度.本文以Lageos卫星为例,应用概率理论以及卫星上的角反射器对光子的反射概率与反射器的光学截面成正比,建立了球形激光卫星的CoM数学模型,并计算了几颗球形卫星的CoM值,还对一般的情况进行了讨论.     

低值LD激光测距望远镜

研制成一种小型 ,低值 ,便携式 ,对人眼安全 ,无合作目标的 L RF- 1型系列 L D激光测距望远镜 .激光波长 90 5 nm ,激光峰值功率 17W,脉宽 2 5 ns,重复频率 10 0 Hz,系统的测距范围 1～ 10 0 0 m,望远镜放大倍率 6倍 ,测距精度 <± 1m,有多种工作模式 ,既能测距又能测速并具有省电功能 .L RF- 1型系列 L D激光测距望远镜是一种激光雷达系统 .本文对光子测距方程和 L D激光测距望远镜的优化设计进行了讨论 ,对系统的信噪比进行了分析     

1 kHz-0.1 TW高效率钛宝石激光放大器

介绍了一种高重复频率掺钛蓝宝石飞秒激光多通高效率放大系统.在抽运功率为23 W，入射功率为660 mW时，获得7.2 W的放大输出，放大效率达30%.经压缩器压缩后，获得单脉冲能量4.5 mJ,脉冲宽度为 38 fs，重复频率为1 kHz，峰值功率大于0.1 TW的超短超强激光脉冲. 关键词： 飞秒脉冲 高重复频率 啁啾脉冲放大     

用于铯原子里德伯态激发的509 nm波长脉冲激光系统

介绍了一种用于里德伯原子激发的纳秒脉冲激光系统.实验利用两个kHz线宽的1018 nm连续激光器作为种子源,通过两个20 GHz带宽的光纤调制器产生时间分离的脉冲激光;脉冲激光经掺镱光纤放大器后输出峰值功率约4600 W,单次穿过PPLN(周期极化铌酸锂)晶体倍频获得509 nm脉冲激光,典型脉冲激光峰值功率约173 W.该激光系统单路输出脉冲重复频率在300 kHz—100 MHz范围连续可调,脉宽在1—100 ns范围连续可调.该509 nm激光在聚焦条件下可以实现GHz带宽的铯原子里德伯态激发.     

面向空间引力波探测的低噪声稳频激光器

基于未来卫星间激光干涉任务的需求,介绍了一种基于迈克耳孙光纤干涉仪稳频的1064 nm激光稳频系统,该系统采用全光纤器件,结构紧凑、体积小、可靠性强。通过拍频测试,得到该系统的频率噪声在30 mHz～1 Hz范围内小于30 Hz/Hz1/2,频率稳定度在积分时间为1 s和1000 s时分别为1.2×10-14和3×10-13。该系统的性能满足LISA任务对稳频激光的需求,有望应用于未来的空间引力波探测任务。     

1318nm ZnWO_4/Nd…YAG二阶拉曼激光器

为研究ZnWO_4晶体的二阶拉曼性质,搭建了基于ZnWO_4晶体的二阶拉曼激光器,实现了重复频率为9kHz的670mW的1318.3nm的二阶斯托克斯激光输出,对应的脉宽为3.294ns,光光转换率为4.7%,峰值功率达到22.6kW。实验结果表明,ZnWO_4晶体具有良好的性能,能够实现二阶拉曼激光输出。     

角锥棱镜腔主动调Q绿光固体激光器的研究

为了保证激光器在高重复频率运转时的输出能量不下降,采用角锥棱镜作为主动调Q激光器的全反射镜,利用其退偏特性和腔外双通倍频技术,在重复频率为25Hz时,532nm绿光的输出能量比1Hz时上升约6．9％,可满足水下激光主动成像系统对激光光源的要求。     

激光二极管抽运的高重频高平均功率Nd:YAG激光器

搭建了一台高重复频率、高峰值功率、高平均功率的激光器. 激光器主要包括三部分: 单纵模光纤种子源、激光二极管阵列抽运的Nd:YAG再生放大器和四程放大器. 系统获得了平均功率11 W、重复频率100 Hz、脉冲能量112 mJ、脉宽500 ps–2 ns可调的激光输出, 工作波长1064 nm. 输出光束口径6.8 mm, 1.5倍衍射极限, 近场光强近平顶分布, 能量稳定性为0.72%. 关键词： 激光二极管抽运 高重复频率 高峰值功率 高平均功率     

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。     

高重复频率LD端面抽运声光调Q腔内倍频绿光激光器

利用LD端面抽运声光调QNd:YVO4激光器作为抽运源,采用线性腔实现了KTP腔内倍频高效绿光激光的输出.在调Q脉冲重复频率为40kHz、1064nm输入光的功率为1608mW的条件下,获得了999mW单横模(TEM00模)的绿光输出,相应的光-光转换效率为62.1%.绿光激光器输出光谱的半峰宽小于0.11nm,其输出功率的不稳定度为±1.2%.     

声光调Q CO2激光器的输出特性

采用谐振腔内插入声光调制器（AOM）的方法获得了小型CO2激光器的高重频、窄脉宽、高峰值功率输出。通过分析CO2激光器声光调Q的工作原理,利用基于小信号增益和饱和光强的耦合输出数学模型给出了激光器最佳输出镜透过率的数值解,并运用相关实验装置对该数学模型进行了实验验证。理论分析和实验结果均表明：该声光调Q CO2激光器的最佳输出镜透过率为39%。研究了激光器输出性能随脉冲重复频率的变化规律,当脉冲重复频率〉1 kHz时,激光器输出峰值功率下降,这与CO2分子上能级寿命有关,并受声光调Q开关热效应的影响。实验中获得的激光器脉冲频率在1 Hz～100 kHz可调。在脉冲频率为1 kHz时,获得的激光脉冲宽度为156 ns,脉冲峰值功率为10 kW,且稳定性较好,非常适合于作激光与物质相互作用的光源。