磁开关技术及其在高功率脉冲驱动源中的应用

磁开关具有高功率、高重频、高稳定、长寿命等特点,在脉冲功率领域得到了重要应用。首先,介绍了磁开关技术的发展现状。然后,建立了一种磁开关场路协同仿真模型,分析了不同脉冲宽度下磁开关的磁场扩散及饱和动态特性、层间绝缘特性和损耗特性等;研究了磁芯几何结构对磁开关动态特性的影响。最后,阐述了磁开关技术在固态化高功率脉冲驱动源的应用,以及两路脉冲源合成时磁开关的同步技术。

二氧化钒薄膜对红外脉冲功率激光的智能防护分析

VO2是一种固态热致变色材料，它的晶态结构可以在半导体一金属一绝缘体之间可逆转变。介绍了VO2的相变特性，研究了氧化钒的相变机理。根据激光对光电探测器的损伤机理，研究了氧化钒薄膜对红外脉冲功率激光的智能防护。当CO2脉冲激光照射到HgCdTe红外探测器上时，其热传导深度为0．32-3．2um，远小于其吸收深度100μm。依据此对VO2薄膜防护的HgCdTe红外探测器的温升进行了计算和分析。结果表明，当一束激光照射VO2薄膜防护的探测器时，VO2薄膜可以在激光对探测器造成损伤之前完成相变，从而可以保护探测器。VO2薄膜可以用于探测器针对强激光的智能防护、

重频脉冲CO_2激光损伤K9玻璃的实验

对脉冲CO2激光在不同重频模式下损伤K9玻璃进行了实验研究。采用输出能量为10 J,脉宽为90 ns,重复频率在100 Hz至300 Hz之间连续可调的脉冲CO2激光器,对K9玻璃样品进行了激光损伤实验,观察到两次不同重频条件下样品的损伤形貌。实验结果表明,重频越高,对样品的损伤程度就越严重;应力损伤成为K9玻璃激光损伤的最主要的原因,在重频强激光的辐照下,K9玻璃表面出现强烈的等离子体闪光,伴随明显的熔融气化破坏,并形成等离子体爆轰波。爆轰波对玻璃材料产生了严重的力学冲击作用,这种应力作用足以对K9玻璃造成毁灭性破坏。运用有限元分析对激光辐照K9玻璃的温度与应力分布进行仿真,其计算结果与实验基本吻合。

声光偏转快调谐脉冲CO_2激光器实验研究

采用双声光调制器光路快速偏转技术与自准直光栅法实现CO_2激光全波段快调谐同光路输出。首先对声光调制器特性进行实验研究,结果显示:声光调制器偏转角度约为4. 4°,与运用布拉格方程计算结果相符;且激光单次通过声光调制器移频量为40. 68 MHz,与声光驱动器射频频率一致,将激光往返多次经声光调制器的移频量叠加。进而,开展基于声光调制器的CO_2激光快调谐实验研究,运用两个对称布置的同驱动频率声光调制器补偿声光移频,实现偏转光路振荡输出,运用光栅法在直线光路中实现激光全波段可调谐输出。最终,在声光调制器时序控制下,实现双波长激光快调谐同光路输出,选定激光波长的切换时间约为1 ms,脉宽小于300 ns,且双波长切换速度不受CO_2激光跃迁谱带的限制。

脉冲电光调Q 1.319μm Nd:YAG激光技术

Nd:YAG激光器输出的1.319μm激光在众多领域有重要应用,但目前研究重点集中在连续或准连续输出。采取对腔镜镀高选择性膜及使用色散棱镜等措施抑制1.064μm波长振荡、输出1.319μm激光,分别在自由运转及电光调Q两种情况下作了Nd:YAG激光器输出1.319μm波长的实验,得到调Q输出脉冲最大能量56mJ,脉宽36ns,斜效率0.2%,激光发散角2.5mrad,输出能量不稳定度约4%,使用KTP倍频晶体得到660nm红光输出。结果表明,用此方法实现电光调Q1.319μm脉冲激光及其倍频光输出切实可行,具有重要应用潜力。

紧凑小型脉冲功率源ARC-01/02及其应用

脉冲功率技术的重要发展方向是高功率密度、紧凑小型化和高稳定可靠。液体介质由于具有绝缘强度高、易流动、快恢复、散热性好等方面的特点,广泛应用于脉冲形成线型紧凑小型脉冲功率源的电容储能器件作为储能介质。主要围绕紧凑小型脉冲功率源ARC系列的技术难题,开展了关键技术、系统研发及其工程应用等方面的工作。首先,提出了基于液体介质和慢波结构的形成线,采用场均匀和绝缘配合技术,研制出紧凑小型脉冲功率源ARC-01和ARC-02,输出功率1~2 GW、脉冲宽度5~30 ns、重复频率1~100 Hz,紧凑化水平较国际先进同类装置最多提高了2倍。之后,以凑小型脉冲功率源为核心搭建液体介质击穿测试平台,针对变压器油、蓖麻油、甘油、碳酸丙烯酯等常见液体介质,开展了微秒脉冲击穿特性研究,采用统计分析方法建立了数据库,以“小成本”换取“高可靠性”;并采用超高速光学诊断方法,将击穿瞬间流注、冲击波、亚微观断裂面产生、传播、截止过程与张力理论结合,建立了液体介质击穿物理模型。最后,成功将紧凑小型脉冲功率源应用于驱动宽带/窄带微波产生、碳纤维阴极稳定性及寿命测试。

KrF激光和脉冲CO_2激光损伤K9玻璃的实验对比与分析

对KrF准分子激光辐照K9玻璃进行了损伤实验,并与脉冲CO_2激光损伤K9玻璃进行了对比分析,研究了紫外和远红外两种激光系统对同种光学材料的损伤特性。实验结果结果表明,KrF准分子激光和脉冲CO_2激光对K9玻璃的损伤形貌基本相同,损伤主要是热力耦合损伤机制,但是两者在损伤阈值和损伤时间等方面仍有很大差别。与脉冲CO_2激光相比,K9玻璃的KrF准分子激光损伤阈值更低,并且损伤持续时间更短。通过两类激光在波长和光子能量上的巨大差异可以很好地解释这一现象。该研究结果对准分子激光在空间工程应用上有着非常重要的参考价值。

KTP OPO产生2.7μm波段高峰值功率激光实验研究

通过1 064 nm激光泵浦KTP晶体光参量振荡(OPO)技术获得了高峰值功率2.7μm波段激光输出,对实验结果开展了详细的分析。泵浦源为电光调Q Nd:YAG激光器,光参量振荡器谐振腔采用单谐振结构,将两块相同的KTP晶体光轴相向放置以补偿走离效应,KTP晶体按?=0°,θ=62°切割以获得波长2.7μm波段激光输出,采用Ⅱ(B)类相位匹配(o→o+e)以利用较大的非线性系数。在泵浦能量为89 m J,脉宽10 ns的条件下,获得脉冲能量7.5 m J,波长2.67μm,脉宽8.5 ns的激光输出。

高功率全光纤1.6微米类噪声方形脉冲激光器

报道了一种工作波长在1.6μm的哑铃形结构高功率铒镱共掺全光纤锁模激光器.无隔离器结构设计以及大模面积双包层铒镱共掺光纤的使用,使振荡器可稳定高效地工作于较高泵浦功率下.证明了不同带内吸收系数的铒镱共掺光纤对输出波长有极其重要的影响,带内吸收调控可作为一种有效的波长控制方法.实验中,利用高带内吸收光纤获得了稳定的1.6μm高功率、大能量纳秒类噪声方形脉冲输出,最大平均输出功率和单脉冲能量分别为1.16 W和1.26μJ.同时研究了附加插入损耗对所设计激光器输出特性的影响,当总附加插入损耗为10 dB时,激光器仍然可以稳定发射1.6μm类噪声方形脉冲,说明利用高带内吸收系数的铒镱共掺光纤设计的激光器对1.6μm输出波长具备极强的鲁棒性.对于过大的附加插入损耗,1.6μm输出波长会被完全抑制.

KTiOPO_(4)晶体和光参量振荡技术产生900 nm波段激光

利用KTiOPO_(4)(简称KTP)晶体和光参量振荡技术(Optical Parametric Oscillator,OPO),产生900 nm波段激光。利用成熟的1064 nm激光,通过LiB_(3)O_(5)(LBO)晶体倍频产生532 nm激光,再用532 nm激光泵浦KTP OPO产生调谐范围为898~911 nm,调谐分辨率优于1 nm,输出能量达1.85 mJ,重频1~10 Hz的近红外激光。利用该方案产生的900 nm波段激光,具有全固化、小型化、宽调谐、高调谐分辨率、高光束质量等优势,在光电对抗领域有着广泛的应用前景。

VO_2薄膜受脉冲激光辐照实验及理论计算

为了探究在脉冲激光辐照VO_2薄膜过程中,影响薄膜相变响应时间的因素,基于COMSOL对辐照过程进行仿真计算.建立辐照VO_2薄膜的物理模型,并设置模型的边界条件,利用红外脉冲激光辐照三组通过分子束外延法制备的VO_2薄膜,间接得到了薄膜平均吸收率,并将吸收率实验数据带入计算模型中.在仿真计算中,考虑了激光的功率密度.薄膜基底厚度和薄膜初始温度等因素对仿真结果的影响.实验结果表明:增大激光功率密度和初始温度.减小基底厚度均可缩短薄膜辐照中心相变时间,并且相变时间和激光功率密度呈指数衰减趋势.5 000 W/mm^2的激光辐照基底厚度分别为0.15mm、0.3mm、0.5mm的三组VO_2薄膜,达到相变的时间分别为157ns、250ns、455ns,相变时间随薄膜初始温度升高线性减小.在入射激光功率不明确时,可以通过给VO_2薄膜施加一个接近相变点的偏置温度,适当控制薄膜基底厚度等来缩短相变时间,这对VO_2薄膜防护激光干扰中相变响应时间的相关研究具有一定的借鉴意义.

基于激光成像雷达距离图像的目标提取与分类技术

激光雷达主动成像有别于各类被动成像的一个显著优势就是可以直接生成目标的距离图像,与常规光学图像相比距离图像具有一些不同的统计特性,当距离图像中存在多目标时统计直方图具有明显的多峰结构特征.通过对距离图像统计直方图峰值的提取实现了对距离图像的目标提取,利用最小外接矩形拟合及目标距离数据获取了目标的实际尺寸、矩形拟合度等信息,并由此实现了对目标的分类.运用该方法处理实际的距离图像,达到了预期的目标.

基于1.5μm多普勒激光雷达的飞机尾涡探测技术研究

为规避尾涡威胁,保障飞行安全,研究了飞机尾涡的激光探测技术.介绍了尾涡探测基本原理,给出了激光探测方式设计和探测系统参量选择.基于设计的尾涡激光探测方案,研究了飞机尾涡回波多普勒谱与机型参量、飞行参量以及环境参量间的关系,获得了尾涡的径向速度分布规律,建立了尾涡回波多普勒谱模型,选取最佳尾涡参量估计算法用于尾涡的全面表征;通过开展A340的尾涡探测外场实验验证了激光探测尾涡的可行性和尾涡参量估计算法的有效性.研究表明,尾涡回波多普勒谱值与径向速度的三次方成反比,与涡流环量的二次方成正比.

中红外激光技术研究进展

中红外激光技术在激光通信、遥感技术、光谱分析和军事等方面都有重要的作用。介绍了产生中红外激光的各种方式,综述了其技术特点和进展情况。首先介绍了线性光学方法产生中红外激光的技术,如固体激光器、半导体量子级联激光器、自由电子激光器、化学激光器等的进展;然后对基于物质二阶非线性作用产生中红外激光的光学倍频激光器和光参量激光器的进展进行了介绍;最后讨论了中红外激光技术的现状和发展趋势。

空间目标识别中的激光探测技术

空间目标探测与识别技术是空间资源开发、空间安全等方向应用的前提条件,同其他方式相比,激光探测具有其突出的优势。当前传统的空间监视网是以微波雷达和光学望远镜为基础,激光探测与之相比具有系统简单、效费比高、能探测空间目标多种特征参数的优点。介绍了激光探测空间目标中的空间目标轨道确定、几何形状估计、对装配的光学设备检测和对空间目标的振动识别等几种目标识别技术。最后分析了激光探测在空间目标识别中存在的问题和发展的方向。

激光遥感目标回波脉宽展宽特性实验

随着激光遥感探测技术的发展,目标回波脉冲特性对遥感探测的影响成为新的研究热点。脉冲展宽特性是激光回波的重要特性,其影响到回波接收信噪比和测距精度。为此,通过实验研究了目标回波脉冲展宽特性。描述了激光遥感回波波形采集实验系统主要构成以及关键技术参数。介绍了直射和倾斜入射情况下激光遥感目标回波脉宽展宽模型,并根据模型描述了回波脉宽展宽特性。对垂直探测楼房墙壁和倾斜探测草地的实验数据进行了分析,并将实验结果和理论分析数据进行了比较,取得了较好的一致性。最后提出了利用激光遥感回波脉宽展宽特性反演目标倾斜角的方法。

激光光谱合成技术研究进展与展望(特邀)

光谱合成技术利用色散元件或双色元件,使多路不同波长的激光在近场和远场同时实现空间重叠,合成至单一孔径输出的激光,是实现高功率、高光束质量激光输出的技术途径之一,受到了研究者的极大关注。特别在近十年来,随着光栅等合成元件性能的不断改善,高功率高光束质量的光谱合成激光输出在工业、国防等领域发挥了重要作用,有着广泛的应用前景。文中对半导体激光器和光纤激光器两种典型激光工作介质进行归类,梳理并回顾了光谱合成技术的发展历程,综述了当前高功率光谱合成技术的主流方案与国内外研究现状。此外,结合笔者所在课题组在光谱合成方面的研究工作,展示了光谱合成技术近年的发展态势,并展望了光谱合成技术的未来发展方向。

脉冲宽度对CCD探测器激光损伤效果的影响

采用1 064 nm激光在5 kHz、不同脉宽条件下对CCD探测器进行了损伤实验,观察到饱和干扰、线状损伤和完全损伤等一系列的损伤现象,并测量计算了各种损伤现象相应的损伤阈值,研究了损伤阈值与脉冲宽度之间的关系。结果表明,脉冲宽度不同的5 kHz重频激光的损伤阈值基本相同,CCD探测器的损伤效果与重频激光的脉冲宽度变化关系不大。影响可见光CCD探测器激光损伤阈值的主要因素是单脉冲功率密度的量级大小,当脉宽减小导致单脉冲功率密度的量级显著增大时,损伤阈值减小;当单脉冲功率密度的量级不变时,损伤阈值也基本不变。

1064nm高重频激光对可见光CCD探测器的干扰实验

分别采用1 064 nm连续激光、不同高重频激光对可见光CCD探测器进行了干扰实验,观察到CCD的串扰、饱和以及高重频激光作用时产生的横向亮线等一系列干扰现象。同时测量计算了各种干扰现象相应的激光功率,研究了阈值功率与重频之间的关系,进一步分析了高重频激光的干扰机理。实验表明:重频激光与连续激光具有不同的干扰现象,重频激光的干扰效果没有连续激光好,使CCD传感器发生全屏饱和、全屏灰屏所需要的阈值功率比连续激光要高。

不同工作状态激光对可见光CCD的损伤实验

分别用连续激光、40kHz和5kHz重频激光对可见光CCD进行损伤实验,发现了相似的损伤现象,即点损伤、线状损伤和完全损伤,并分别测量了各个损伤状态下的驱动电极与衬底间的阻抗变化;分别对三组实验中损伤的CCD芯片进行电镜扫描,微观分析各个损伤位置处的损伤形貌,详细解释了出现三种损伤现象的原因,并比较了三种工作状态激光的不同作用机理。得到的结论是:点损伤现象与CCD表层的损伤有关,线损伤现象与漏光和电极间短路有关、完全损伤现象与绝缘层的损伤有关;连续激光作用的过程以热熔融为主、40kHz重频激光作用的过程以汽化烧蚀为主、5kHz重频激光作用的过程包括汽化烧蚀、强汽化"冲刷"以及反冲压力。