机载激光雷达沙尘探测能量优化配置的统计研究

依据美国ANSI标准,结合1999~2004年间地基激光雷达探测的合肥地区沙尘暴消光廓线,统计分析了机载大气探测激光雷达探测沙尘时偏振532 nm垂直通道和1064 nm通道所需的最小激光能量,模拟计算了机载大气探测激光雷达探测沙尘暴时在0~12km高度范围内不同激光束发散角和激光脉冲能量比例的532 nm和1064 nm激光脉冲眼睛安全最大阈值能量。以合肥地区沙尘暴消光特性的统计结果、地面人眼安全标准和两个"瓶颈"通道的探测能力为依据提出两种激光脉冲能量配置方案。     

车载式1 064 nm和532 nm双波长米散射激光雷达

 新近研制的车载式双波长米散射激光雷达可用于1 064 nm 和532 nm两个波长对白天与夜晚对流层气溶胶消光系数垂直分布进行的探测。该激光雷达由激光发射单元、接收光学和后继光学单元、信号探测和采集单元以及系统运行控制单元组成,后继光路之间采用光纤导光、高低层分层探测等关键技术。该激光雷达使用1 064 nm和532 nm的两个波长,其单发脉冲能量分别为400和300 mJ,重复频率都为20 Hz,光束发散角小于0.5 mrad ;望远镜接收视场为1～3 mrad,滤光片的中心波长为1 064 nm和532 nm,带宽1 nm。分别使用R3236及H7680的PMT和VT120及Phillips777的放大器对两个波长的信号进行探测;对532 nm波长用3 A/D采集卡、1 064 nm波长用了光子计数卡。给出了双波长测量对流层气溶胶消光系数垂直分布的结果,该激光雷达可以探测10 ^-5～1之间的消光系数,探测高度可达10 km以上。     

1kHz窄脉宽高峰值功率MgO∶LN电光腔倒空Nd∶YAG激光器

报道了一种1kHz窄脉冲宽度、高峰值功率的电光腔倒空1 064nm全固态激光器.该激光器采用808nm脉冲LD侧面泵浦Nd:YAG晶体棒的双凹型折叠谐振腔结构和同步延迟MgO∶LN晶体横向加压式电光腔倒空技术,通过优化设计谐振腔结构,在脉冲重复频率200Hz时,获得了最大单脉冲能量46.7mJ、脉冲宽度4.06ns、峰值功率11.50MW的1 064nm脉冲激光稳定输出,脉冲宽度和能量的峰峰值不稳定度分别为±1.52%和±2.02%;在1kHz时,最大单脉冲能量达到18.3mJ,脉冲宽度5.02ns,峰值功率3.69MW,脉冲宽度和能量的峰峰值不稳定度分别为±2.75%和±3.52%,激光束因子为3.849和3.868,远场发散角为3.46mrad和3.55mrad,束腰直径为1 508.84μm和1 477.30μm.     

宽工作温度全固态人眼安全光参量振荡器

采用折叠棱镜腔电光调Q半导体泵浦板条Nd∶ YAG激光器作为泵浦源,内腔泵浦Ⅱ类非临界相位匹配KTP光参量振荡器实现1.57 μm人眼安全激光输出,经测试,在30～55℃宽工作温度条件下,激光器工作频率20 Hz时,单脉冲能量58.2mJ,脉冲宽度7.56 ns,光束发散角约为2 mrad,连续工作1 min,能量稳定性(PTP)优于6.438％,光轴指向稳定性优于0.1mrad,具备较强环境适应性,目前已实现工程化运用.     

激光波长对水中金属元素激光诱导击穿光谱探测的影响

针对激光诱导击穿光谱(LIBS)在海洋应用中的问题,对1 064和532nm两个激发波长下水中LIBS光谱特性进行探测分析,以比较其烧蚀效果。通过激光诱导等离子体的时间分辨光谱,分析水下等离子体电子密度随时间的演化规律,1 064nm激光诱导等离子体寿命约为1 200ns,而532nm激光激发情况下等离子体寿命仅约为600ns。基于光在水中的传输特性和LIBS的实验结果,建立了获得最佳LIBS探测效果所需的入水前激光脉冲能量Eiopt(r)与探测距离r的关系,并应用到水下原位探测的模拟分析。结果表明,当探测距离不大于5cm时,所需的入水前1 064nm激光单脉冲能量小于100mJ,该激发波长可用于LIBS的水下探测;当探测距离增至10cm时,所需的入水前532nm激光单脉冲能量只需30mJ左右。因此,当原位探测距离增加时,则需考虑选择532nm激光作为烧蚀光源。     

适用于水下同步照明的灯泵浦绿光激光器研制

研制了脉冲宽度大、单脉冲能量大的绿光激光器,其中脉冲重复频率与高速相机帧频同步,且光纤耦合输出.激光器采用平凸非稳腔结构,灯泵浦Nd∶YAG晶体,KTP晶体内腔倍频,被动调Q方式,实现了最大重复频率为300Hz、脉冲宽度为70μs、平均功率为38W、单脉冲能量为126.7mJ、光束发散角为3.5mrad的532nm激光输出.将该激光耦合到芯径为800μm的光纤中进行水下实验,耦合效率达到92%.     

宽温度适应性的高峰值功率人眼安全激光器

介绍了一种宽温度工作MW级峰值功率人眼安全激光器。采用半导体激光交叉泵浦Nd∶YAG 1.06μm激光器作为泵浦源,内腔泵浦非临界相位KTP光参量振荡器实现人眼安全激光输出。激光器性能测试结果表明,在工作频率为5 Hz时,激光平均输出能量56mJ,脉宽为2.02 ns,峰值功率达到28 MW,激光发散角约为5 mrad。在-45～65℃环境条件下,激光能量变化优于3.8%,在高低温环境下能长时间工作。该激光器结构紧凑、可靠性高,目前已工程化应用于激光测距、激光成像中。     

基于铒玻璃激光器的激光射击光学系统设计

为真实模拟实弹射击场景,降低军事射击训练成本,设计了一种基于铒玻璃激光器的激光射击光学系统。该系统采用两级激光扩束,将铒玻璃激光器出射光束发散角二次压缩,实现极小发散角光束出射,提升了激光射击过程的人眼安全性。铒玻璃激光器出射光束发散角为15 mrad,出射光斑直径0.3 mm,激光扩束倍率300倍,系统出射光束发散角达0.035mrad。距光学系统出光口1 km位置,激光光斑直径约为120 mm,可满足千米射击训练要求,突破了常规激光射击系统百米量级的作用距离限制。设计的光学系统总长度为364mm,结构简单,利于工程化,应用前景广阔。     

基于Nd:YAG/Cr:YAG/YAG键合晶体LD侧面泵浦激光器

利用Nd∶YAG/Cr∶YAG/YAG键合晶体,建立了具有高平均输出功率的LD侧面泵浦被动调Q激光器系统.当Cr∶YAG的初始透过率为85%、最大泵浦光功率为187.5 W时,1 064nm激光的平均输出功率为83.68W.通过KTP晶体进行倍频,在最大泵浦光功率下,产生了27.2W532nm绿光激光脉冲,同时脉冲宽度和重复频率分别为210ns和21.2kHz;绿光单脉冲能量和峰值功率分别为1.28mJ和6.1kW;泵浦光(808nm)到倍频光(532nm)的光-光效率为14.5%.     

LD脉冲侧面泵浦Nd∶YAG电光调Q低重频窄脉宽紫外激光器

介绍了在1~20 Hz电光调Q情况下,半导体脉冲激光侧面泵浦Nd∶YAG晶体腔外四倍频266 nm紫外激光器的输出特性.实验采用直腔结构,在腔外分别利用KTP和BBO晶体产生532 nm倍频绿光、266 nm四倍频紫外激光.当泵浦电流为120 A、重复率为1 Hz时,266 nm紫外激光最大单脉冲能量为15.4 mJ、脉宽8 ns,峰值功率高达1.93 mW;重复率20 Hz时,获得了最大平均功率为156.2 mW的266 nm紫外激光输出,四倍频的转换效率为10.63％.同时利用一组分光镜,获得了352 mW的532 nm脉冲绿光和423 mW的1 064 nm脉冲红外光输出.     

非临界相位匹配KTP光学参量振荡器的研究

对电光调Q(Ce,Nd):YAG激光抽运内腔非临界相位匹配(NCPM)光参量振荡器(IOPO)进行了实验研究,实验发现IOPO输出光波长为532 nm、632 nm、1 064 nm、1 100 nm和1 571 nm 5种。OPO输出镜对信号光反射率较大时,信号光出现多脉冲,可以通过控制信号光反射率,使信号光为单脉冲。信号光能量随着抽运能量增加到一定值后出现饱和。     

临界及非临界相位匹配KTP光学参量振荡器

报道了利用Nd:YAG激光器二次谐波532nm及基频波1064nm作抽运源,采用临界及非临界相位匹配方式抽运KTP光学参量振荡器的实验结果.实验中获得了具有实用价值的1.53-1.84um人眼安全激光,KTP光学参量振荡器输出总量最大达130mJ,最高能量转换效率64%.分析比较了调谐范围、离分角、接收角、阈值及转换效率,讨论离分角对参量输出的光束质量、转换效率的影响.     

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。     

Valley density profile for highly efficient x-ray lasers with good beam quality

A plasma with a valley density profile at the required electron density for high-gain operation of an x-ray laser could be obtained using a normally incident 300 ps laser pulse followed by a grazing-incident 300 ps laser pulse. Sudden heating of the valley plasma region by another grazing-incident 300 fs laser pulse would then yield a highly efficient x-ray laser beam with a deflecting angle of 2 mrad and a divergence angle of 4 mrad. Saturation operation of the x-ray laser beam at 32.6 nm could be achieved with a total pump energy of less than 100 mJ.     

大气消光特性与机载激光雷达眼睛安全关系的研究

依据美国ANSI标准，定量分析了气溶胶、卷云和沙尘的垂直消光特性对机载激光雷达激光脉冲眼睛安全最大阈值能量的影响；以地基激光雷达探测得到的合肥上空沙尘暴为例，定量给出了大气中各成分消光特性对飞机眼睛安全最低高度的影响；模拟计算了各种大气成分的消光特性对激光脉冲眼睛安全系数的影响随高度的变化规律。计算结果表明：沙尘层对激光脉冲眼睛安全最大阈值能量的影响幅度可达几十毫焦。该结果为我国第一台机载大气探测激光雷达激光脉冲能量设置提供了基本依据。     

Numerical study of the Ne-like Cr x-ray laser at 28.6nm

We investigate the Ne-like Cr x-ray laser at $28.6\,\mathrm{nm}$ by using a modified 1D lagrangian hydrodynamic code MED103 coupled with an atomic physics data package and a 2D ray tracing code as a post-processor. The laser pumping configuration includes two prepulses and one main pulse. The first prepulse normally irradiates the target, while the second prepulse and the main pulse irradiate the target at grazing-incident angles. We predict that saturation can be achieved for the Ne-like Cr x-ray lasers with a total pumping energy of $125\,\mathrm{mJ}$. Good beam qualities with no deflecting angle and a small divergence angle of $5\,\mathrm{mrad}$ are observed.     

La_3Ga_5SiO_(14)电光调Q的Nd∶LiYF激光器研究

报道了以Nd∶LiYF(Nd∶LYF)为增益介质、用硅酸镓镧(La3Ga5SiO14,LGS)晶体进行电光调Q的非稳腔调Q激光器的脉冲特性。Nd∶LiYF的两端按σ偏振1.053μm光的布儒斯特角切割,不需另加起偏镜,实现了单一偏振光振荡。LGS晶体电光Q开关插入损耗小(2%),抗光伤阈值高(950MW/cm2),与DKDP相比,具有不潮解等优点。当抽运能量为120J、重复率3Hz时,单脉冲输出能量为275mJ,脉冲宽度为8ns,动静比为76%,输出能量不稳定度小于3%,偏振度大于99%,光束发散角为0.7mrad。文中还对本激光器偏振特性、非稳腔设计、LiYF导热性能和热透镜效应补偿进行了分析,对LGS电光调Q开关工作性能、工作方式以及存在的问题也进行了分析。