用于定向红外对抗的中波红外激光器技术

针对定向红外对抗系统对中波红外激光器在激光波段、激光功率、激光束散角、激光重复频率以及调制波形等方面的具体要求,通过对光泵半导体激光器、量子级联激光器和基于光学参量振荡的固体以及光纤激光器的技术特点与发展现状的分析比较,和对双折射相位匹配与准相位匹配的特点和最新发展动态的梳理,提出用高功率高光束质量的1 064nm固体激光器或光纤激光器泵浦基于掺氧化镁的周期极化铌酸锂晶体(PPMgLN)的光学参量振荡器的中波红外激光器方案,其波段转换效率可达到16%以上。

激光综合应用系统分析

从提高武器平台综合性能、优化武器平台设计的角度,提出了激光综合的内涵和实现的基本思路,并根据所采用激光器类型的不同,将激光综合应用系统归纳为3大类:第1类是峰值功率兆瓦到百兆瓦量级的脉冲固体激光综合系统,该类激光系统目前工程化样机的1.064μm基频光能量已经达到了2J;第2类是峰值功率百瓦到千瓦量级的高重频激光综合系统;第3类是平均功率毫瓦到瓦量级的脉冲半导体激光综合系统。这3类多功能激光综合应用系统,将在未来新型武器平台上发挥重要作用,必将对未来各作战平台优化集成和整体技术性能的提高起到极大的促进作用。

激光二极管bar侧面泵浦Nd∶YAG激光器热效应研究

从不同侧面泵浦方式的泵浦光强分布出发,依据热传导方程,求解出棒状激光晶体内的温度分布,计算出不同泵浦分布时的理论热透镜焦距,并进行热透镜实验。理论分析和实验表明,随着泵浦方向的增多,晶体内泵浦光强和温度分布越接近于轴向对称分布,热透镜更接近球面透镜。

平顶光端面抽运DPL中热效应对输出功率的影响

用平顶光束描述由多根光纤紧密排列耦合并经透镜整形后的抽运光分布,给出了平顶光束的光强分布,对晶体热效应引起的热致衍射损耗随抽运功率和抽运光束半径的变化规律进行了数值计算,讨论了晶体热效应引起的热致衍射损耗对基横模高斯光束输出功率的影响,并实验验证了基横模高斯光束输出功率随抽运功率的变化规律.结果表明:热致衍射损耗使基横模高斯光束输出功率明显降低.随着抽运光束半径的增大,热致衍射损耗减小,对基横模高斯光束输出功率的影响就减小;抽运功率越大,热致衍射损耗越大,对基横模高斯光束输出功率的影响就越大.

热效应对三向侧面泵浦DPL中TEM_(00)模输出功率的影响

以三向侧面泵浦时晶体内泵浦光强分布为基础 ,数值计算了三向侧面泵浦DPL中热效应引起的热致衍射损耗随泵浦功率、腔模束腰半径和泵浦光束腰半径的变化规律。进一步讨论了热效应存在时的泵浦功率、腔模束腰半径和泵浦光束腰半径对TEM0 0 模输出功率的影响。从计算结果看出 ,热致衍射损耗使输出功率明显降低。泵浦功率、腔膜束腰半径和泵浦光束腰半径对输出功率都有不同程度的影响。文中还用小孔光阑选TEM0 0 模 ,进行了输出功率随泵浦功率变化的实验 ,实验结果与数值计算结果非常接近。

端面抽运对组合抽运DPL振荡光的控制作用

为了在大功率激光二极管抽运固体激光器(DPL)中实现高光束质量和光束的可控制性,提出了激光二极管端侧面组合抽运DPL方案,建立了端侧面组合抽运模型,分析了端面抽运光对振荡光的控制作用,并进行了实验验证。由数值计算和实验结果看出,相对于侧面抽运,端侧面组合抽运DPL中端面抽运光的运用,使零阶模的竞争能力明显提高,光束质量得到了很大改善。总抽运功率一定时,端面抽运功率越大,零阶模的竞争能力越强,输出光束质量越好。因此通过改变端面抽运功率的比例,提高光束质量,并实现对振荡光的控制。

组合抽运DPL声光调Q特性研究

端-侧面组合抽运方案是提高DPL调Q脉冲峰值功率和压缩脉冲宽度的有效技术途径。借助给出的一组端-侧面组合抽运DPL声光调Q实验结果,依据调Q速率方程,理论分析了组合抽运光的空间分布对调Q脉冲特性的影响,数值计算结果与实验结果一致。实验和理论研究发现:组合抽运时的脉冲宽度明显小于侧面抽运时的脉冲宽度,峰值功率明显高于侧面抽运时的峰值功率。实验和分析结果表明:在总抽运功率和抽运结构确定的情况下,端面抽运光功率在总抽运功率中的占有率越大,脉冲宽度越窄,脉冲峰值功率越高。通过调整端面抽运光功率占有率,改变组合抽运光的空间分布,可以实现对DPL调Q脉冲特性的控制。

多向侧面泵浦DPL声光调Q效果影响因素分析

在三向侧面泵浦的二极管泵浦固体激光器(DPL)中声光Q开关结构确定的情况下,对声光Q开关在不同谐振腔以及同一谐振腔中不同位置时的调Q效果进行了一系列实验,发现脉宽最窄、峰值功率最高、调Q效率最大的位置正好在腔内振荡光的光腰附近.通过对该现象的分析,明确了振荡光对输出激光脉冲性能的影响规律,从而进一步分析DPL中泵浦光对调Q效果的影响,据此可以对声光调Q三向侧面泵浦DPL进行优化设计.

端侧面组合抽运DPL热透镜效应研究

通过数值计算发现:在端侧面组合抽运DPL中,晶体横截面上的温度分布接近于轴对称分布,并且端面抽运功率占有率越大,温度分布越接近于轴对称分布。将端侧面组合抽运DPL中的热效用等效薄透镜近似,给出了等效热透镜焦距的计算方法,分析了组合抽运引起的热透镜效应对基横模振荡光的光斑尺寸和衍射损耗的影响。在总抽运功率一定的情况下,端面抽运功率占有率的变化对热透镜焦距有一定的影响,占有率越大,热透镜焦距越长。提高端面抽运功率占有率,可在一定程度上减小热透镜效应对振荡光束尺寸和衍射损耗的影响。

短波红外激光在光电侦察与反侦察中的应用

分析了磷化体半导体激光器、掺铒光纤激光器、掺铒固体激光器和基于光学参量振荡器的固体激光器等4种典型短波红外激光器的技术特点与现状,叙述了它们在光电主动侦察和反侦察中的应用。为了满足军用光电系统对激光设备的小型轻量化要求,如何提高半导体激光器、光纤激光器和掺铒固体激光器输出功率/能量,已经成为短波红外激光器发展的主流方向。指出基于光学参量振荡器的固体激光器在远距离选通观察、闪光成像雷达和激光损伤方面的优势依然非常明显,还应进一步提高激光输出能量和激光重复频率。

温度变化对KTP晶体倍频效率的影响及其消除

对KTP晶体Ⅱ类相位匹配特性和倍频效率随温度变化进行理论分析和实验验证，提出确保倍频效率比较稳定的恒温措施．

二元计算全息干涉图匹配滤波器

本文通过分析比较,发现计算全息干涉图最适合作匹配滤波器,并实际制作了二元傅里叶变换计算全息干涉图,成功地进行了再现和光学相关实验。

三向侧面泵浦固体激光器中热透镜的研究

本文理论分析侧面泵浦固体激光器热透镜效应,详细讨论介质中泵浦光分布和温度梯度分布,提供了热透镜的数值解法。实验研究三向侧面泵浦固体激光器的热透镜,所测实验结果与数值计算结果相吻合。该数值方法为DPL的谐振腔设计提供有效途径。

光纤束耦合LD输出光束的空间耦合技术研究

基于多模大芯径光纤的端面出射光场可视为高斯分布,光纤束耦合LD各纤芯出射的光束互不相干;对光纤束耦合LD输出光束通过空间耦合光学系统后的光强分布进行了数值模拟和实验研究,模拟计算结果和实验结果的规律基本吻合。结果表明,用单个薄凸透镜组成耦合系统时,耦合后的光束在焦平面上中心光强最大,光斑尺寸最小;随着薄透镜焦距的增大,焦平面上的光斑尺寸呈线性增大,而中心光强急剧减小。

大电流恒功率放电技术在大功率DPL中的应用

针对大功率激光二极管泵浦固体激光器(DPL)对大功率驱动电源的特殊要求,设计了一种大电流恒功率放电及驱动控制电路。将该电路与现有的充电和过流保护电路组成一套完整的激光二极管阵列驱动电源,并应用于基于大功率激光二极管阵列的DPL系统中。该驱动电源可为DPL系统提供频率为20Hz,脉冲宽度为230μs,200A以上的驱动电流,这将对多种以DPL为基础的激光武器系统产生重要的实际应用价值。

基于光参量振荡器的重频人眼安全激光器技术研究

对KTP-OPO的相位匹配进行了理论分析和计算,并绘制了角度调谐曲线。基于光参量振荡器,选用KTP非线性晶体,在1.57μm人眼安全激光波段进行了实验研究。将脉冲氙灯侧面泵浦Nd∶YAG 1.064μm激光应用于腔内KTP-OPO设计中,在工作频率5 Hz时,输出激光能量32 mJ,脉冲宽度7.22 ns,光-光转换效率为41%。这一结果使重频远距离人眼安全激光测距成为可能。

高功率LD阵列侧面泵浦激光晶体的增益分布研究

研究了LD Bar侧面半环形直接泵浦Nd∶YAG激光增益介质的泵浦光分布特点。建立了不同泵浦参数下棒状增益介质内的泵浦光能量分布数值模型,通过光线追迹方法,并利用Matlab软件进行了数值模拟计算,分析了几个泵浦参数对泵浦光分布的影响,总结了一般的影响规律,分析了产生差异的原因,提出了选取泵浦参数时需注意的问题。可为激光二极管环绕泵浦固体激光器的泵浦结构设计提供理论上的指导。

激光压制武器及光电跟踪系统一体化技术在防空中的应用

为提高地面防空武器对空中飞行器的打击,提出将激光压制武器与光电跟踪系统一体化集成,对空中飞行器目标的光电系统进行压制和干扰。分析列举了激光压制武器的特点,着重分析了激光压制武器在车载弹炮防空武器中与光电跟踪系统一体化的可能性,并指出了实施一体化的关键技术。

一种用于大功率激光二极管阵列的温度控制电路

针对温度变化对于激光二极管阵列工作稳定性及出光波长的影响,提出一种基于TEC和PID算法的温度控制方案。利用单片机ATmega8以及PWM控制的优点,设计了温控电路,然后通过PID算法实现了激光二极管阵列工作温度的精确控制。实验结果表明,该温控电路可以使温度控制精度达到±0.2℃,能保证激光二极管阵列稳定工作。

LD多向抽运固体激光器的实验研究

分析了激光晶体中三向侧面抽运光的强度分布;在三向侧面抽运结构下,增加了光纤束耦合LD端面抽运,尝试用侧面抽运提高激光输出的功率,用端面抽运来改善输出激光的光束质量,并对此进行了实验研究。结果表明,加上端面抽运后,对侧面抽运下激光输出的光束质量有明显的改善作用,并存在一个最佳匹配抽运功率。