LD环状侧面均匀泵浦Nd∶YAG激光振荡器

激光二极管(Laser Diode,LD)环状侧面均匀泵浦的激光振荡器具有结构简单、光束质量高、单脉冲能量大等特点,常常在高能脉冲固体激光器中作为主振荡功率放大(MOPA)结构的振荡器,一直是国内外科研人员研究的重要方向之一。本论文通过Zemax软件对不同激光二极管排列方式以及不同工作物质吸收系数对吸收光场的影响的进行了仿真。基于仿真结果,设计了一种20个bar条串联的环状侧面泵浦结构,以提高晶体吸收的均匀性。通过该环状侧泵结构,结合超高斯非稳腔设计,搭建了一种双棒串接激光振荡器进行实验研究。该振荡器实现了在100 Hz重复频率下,单脉冲能量为496 mJ、脉冲宽度为12.4 ns的1064 nm激光输出,光束质量优于9 mm·mrad,光-光转换效率为18.5%。并且该振荡器可以维持光轴稳定不变的同时,实现20 ns脉宽以内变档可调。实验结果证明了该环状侧面均匀泵浦结构可靠有效,为MOPA结构振荡器选取提供了一种有效的方案。

一种对高速运动目标的单光子测距方法

作为一种前沿的激光探测技术,单光子激光测距技术已成功应用于月球测距、卫星测距和地面测高等领域。然而,单光子测距在机载空对空、地对空平台上对高速运动目标进行跟踪测距时,回波光子落在不同的时间窗,导致直接计数无法有效提取信号的问题仍需解决。针对空对空条件下单光子激光测距的应用需求,基于时间相关光子计数技术设计一种适用于全天时、宽时域、多噪声条件下对高速运动目标的单光子测距方法。该方法采用阵列单光子探测器和相邻时间窗相关统计多帧处理算法提取激光回波光子信号,并在Matlab平台上对算法进行仿真实验,使用多元阵列单光子探测器实现最大测程百公里以上、背景噪声计数率约为5 MHz、单脉冲回波光子计数平均值为1条件下的回波光子信号提取。该方法能够克服传统单光子探测只能对准静态目标测距,只能在小接收视场和小波门范围等弱背景噪声及目标轨迹可预测条件下应用的限制,将单光子探测由只能固定平台夜晚对准静态目标测距推广至通用平台全天时对高速运动目标测距。

激光测距机在线能量监测系统设计

本文基于无人值守条件下对激光测距机发射能量进行直接人工测量较为困难,为了防止激光器能量下降影响激光测距机性能,需要对测距机工作状态进行实时监控这一需求设计了激光测距机在线能量监测系统。对能量探头的结构与检测位置进行了研究,并设计硬件电路实现能量测量。本文设计的在线能量监测系统可以在不影响测距机测距能力的情况下实现kHz量级重频激光测距机的宽量程实时能量监测,并满足小型化、集成化设计要求。

中波高重频激光干扰非线性响应现象试验研究

针对中波探测器被中波高重频激光干扰时出现的非线性问题,设计了中波高重频激光器干扰制冷型中波HgCdTe焦平面探测器的干扰试验,分析了干扰出现的非线性响应输出现象,并得到了中波HgCdTe焦平面探测器干扰出现非线性响应时的阈值。

用于红外焦平面探测器的2.95~5.05μm带通滤光膜

中波红外焦平面探测器因在红外制导导弹、红外夜视仪等军事领域的重要性而被广泛关注,其中带通滤光膜具有滤除杂散光和保护探测器的作用。本研究的目的是针对中波红外焦平面探测器滤光膜的关键技术问题,通过分析、选材、优化等方法,制备出性能良好的中波红外带通滤光膜。以Ge为高折射率材料和基底,以SiO为低折射率材料,设计了带通膜系结构。不仅实现了在0°入射角下对2.95~5.05μm波段大于92%的高透过率、通带宽度优于3.7~4.8μm的常规应用,而且对2.95~5.05μm之外的其它波段也能达到良好的截止效果。经测试,其光洁度、牢固性等各方面性能良好,可以很好地应用于中波红外焦平面探测器。

1.3μm固体激光器研究进展

1.3μm波段固体激光器在多领域均有着重要作用,本文介绍了近20年来国内外不同晶体材料输出1.3μm波段激光的研究进展,包括几种常用的晶体如YAG、YVO_(4)、GdVO_(4)以及其他晶体。通过分析认为,对新材料、新机制的探索与应用是未来1.3μm波段激光器的主要发展方向。

3～5 μm固体激光器

概述了中红外激光器的应用背景,介绍了国外研究现状及发展趋势,提出了用固体办法实现中红外激光有效输出的技术途径和方案,对固体中红外激光输出所需要的2 μm激光泵浦源技术进行了探讨和方案比较,最终选用了 OPO 技术间接获得2 μm激光的方案。以二极管泵浦1.06 μm激光为泵浦源,采用双谐振腔内 KTP OPO 的方式,进行了激光实验,实现了功率23.9 W 的2 μm波长激光输出。在此2 μm激光泵浦源基础上,提出了实现室温运转的中红外固体激光 ZnGeP_2 OPO 的技术方案并进行了实验,最终成功实现中红外激光输出,在约5 kHz 时,中红外激光输出功率4.09 W。

二极管泵浦腔内OPO高重复频率2μm激光器

概述了2μm激光器的发展状况及应用背景, 通过对2μm激光两种实现方式的比较,最终采用了可调谐方式间接获得2μm激光的方案。以1.06μm激光为泵浦源,采用二极管泵浦腔内OPO的方案能有效提高泵浦峰值功率密度,有利于实现高重复频率2μm激光输出。利用KTP晶体在特定切割角度下实现波长简并输出,合理设计OPO腔,可以有效提高2μm激光的输出效率。同时进行了激光输出实验,实现了功率11.2 W的2 m波长激光输出。

192W的1319nm Nd∶YAG激光器

采用国产激光二极管泵浦Nd∶YAG晶体,双聚光腔串联,对称直通腔型结构,在LD总泵浦功率1220W时,实现1319nm连续激光输出192W。采用声光调Q,10kHz下,获得调Q输出平均功率155W,脉冲宽度205ns,光-光转换效率达15.7%。

小型人眼安全OPO激光器

采用内腔式非临界相位匹配的KTP OPO,获得了发散角为7mrad、输出能量12mJ、脉冲频率1Hz的高光束质量的1.57μm激光输出。

激光二极管端面泵浦Tm∶YAP 2μm激光器

报道了激光二极管端面泵浦Tm∶YAP晶体,在2μm处获得连续的激光输出,在实验中选择五种不同光斑能量分布的泵浦源,最高实现20.9 W的2μm激光输出,光-光转换效率为26.1%,斜率效率为39%。通过对五种具有不同光斑能量分布泵浦源的比较,得出了光斑能量分布与光-光转换效率、最大功率输出的关系,以便在今后的实验中快速选择理想的泵浦源。

氧化铝基体3.7μm与4.8μm双波段带通滤光膜研制

以红外光学和薄膜技术为理论背景,详细介绍了氧化铝基体表面3.7μm与4.8μm双波段带通滤光膜的特性、制备及测试方法。氧化铝(Al_2O_3)由于其透光区域较宽,牢固度好,便于光学系统使用而被经常应用于中波红外光学系统中。采用软件优化计算和双面镀制截止带通滤光膜的方案,通过速率控制、离子辅助等工艺方法研制成功了可靠性和光谱特性皆优的双波段带通滤光薄膜。分析认为设计结构和优化算法对于薄膜通带平坦度、截止深度以及透过率有着明显的影响。制备工艺方面,除了合适的蒸发速率外,采取缓慢蒸发和弱离子能量辅助也是很重要的关键技术,最终光谱透过率测试平均大于87%,通过了环境测试,符合使用要求。

二极管端面抽运Tm:YAP激光器热透镜效应研究

分析了Tm:YAP晶体热透镜焦距产生的原因,并理论计算热透镜焦距值。阐明了利用平平非稳腔法测量LD端面泵浦Tm:YAP固体激光器有效热透镜焦距的简单方法。通过改变腔长,找到谐振腔失谐点,便可得到晶体吸收的泵浦功率和对应的热透镜焦距的关系。对不同Tm:YAP晶体棒进行了测量,并且加以比较。此方法不需要特别的仪器,且操作简单,实验值与理论计算的值偏差小于10%。

量子级联激光器及其应用的研究进展

回顾了量子级联激光器(quantum cascade lasers,QCL)的发展历史,以中红外、长波红外和太赫兹等典型波段的量子级联激光器为例描述了材料和器件技术的研究进展,介绍了量子级联激光器在物质成分探测、自由空间光通信、定向红外对抗等领域的应用研究情况,归纳了量子级联激光器技术的发展趋势。

基于阵列盖革探测器的激光测距信号处理

传统激光测距中最常用的方法是采用工作在线性模式的单元APD进行光子探测,而随着探测距离增加,线性增益不满足使用需求,盖革模式APD应运而生。阵列探测盖革模式APD是具有探测单光子能级信号能力的新型探测器件,具有1×10^(6)至1×10^(7)的内增益,响应度高,但其受背景光影响较大,因此这一器件的信号处理难度极大。本文提出基于光子计数法的阵列信号处理的三种思路,均能够大幅提升信号对比度。其中多通道累加算法简单便捷、可实现性高;空间卷积池化算法具有高信号散布灵敏性;阵列拓展算法具备高信号辨识度。

智能靶标目标检测方法研究

在激光模拟训练中,具有智能打击功能的靶标装置可以更加逼真地模拟实战对抗过程,满足智能化军事训练需求。但目前大多数靶标不具备智能打击或反击功能,靶标仅能实现作为目标的被打击功能或者非智能的触发反击功能,模拟训练形式单一,靶标运动或打击功能呈现规律性,不能真实模拟敌方目标主动攻击的能力,因此为适应模拟训练发展的需求实现模拟训练智能化、提高模拟仿真程度就需要通过智能靶标来模拟敌方目标进行作战。在智能靶标的研制过程中其中首先要解决的问题就是目标检测。本研究最终目标是对战场环境中的单兵目标进行检测并做出攻击活动,故对单兵目标的检测速度和精度有较大要求,本文提出一种基于Yolov5神经网络架构提高目标检测精度、加快目标检测速度的算法,采用改进网络结构对传统的目标检测算法进行优化,保证在输入可见光图像下,能够实现快速检测,并保证检测的精度。

10 W二极管泵浦Er∶YAP中红外激光器

在室温条件下,采用脉冲激光二极管侧面泵浦原子数分数为10掺杂浓度的Er∶YAP晶体,实现了工作波长为2712nm的中红外固体激光器成功激射,并得到最大静态平均输出功率1012W,光束质量56,对应光-光转换效率55,斜效率64。这也是目前已报道的唯一实现平均功率10W量级的Er∶YAP激光器。此外,利用声光调Q技术,还实现了脉冲重复频率500 Hz,脉冲宽度63ns,单脉冲能量为58mJ的脉冲激光输出,为推动国内中红外波段激光应用提供了强有力的技术支撑。

激光模拟射击高精度命中环数算法研究

为了解决激光模拟射击中由于图像畸变和光斑中心定位误差而造成命中环数计算结果与实际值偏差较大的问题,提出一种高精度命中环数算法。算法通过参考点确定靶环中心,采用带阈值处理的灰度重心法计算光斑中心,利用参考点对畸变图像进行透视变形校正和径向畸变校正,消除因图像畸变而带来的计算误差,最后计算出准确的射击命中环数。实验结果表明,高精度命中环数算法能有效消除误差,提高命中环数计算精度,命中环数达到0.1环级别,光斑中心在靶面上的定位精度达到0.1 mm级,满足激光模拟射击技术要求,在激光模拟射击中具有实用意义。

红外非线性光学晶体磷化硅镉研究进展

介绍了红外非线性光学材料磷化硅镉晶体的性能特点,以及其多晶合成、晶体生长和光学参量振荡的研究进展情况。最后,指出了制约着大尺寸、高光学质量CSP单晶体生长的主要原因以及研制CSP单晶体的必要性。

Tm:YAP激光器泵浦8μm光参量振荡器

简要介绍了长波红外激光应用和技术发展状况,采用Tm∶YAP激光器泵浦光参量振荡器(OPO)的技术途径,获得了0.8 W的长波红外激光输出,输出波长峰值位于8.1μm,光参量振荡器的光转换效率为6%,输出斜效率为6.9%。