1.06μm、0.53μm全固态激光双波长复合输出技术研究

针对现阶段光电对抗单波长激光干扰的局限性,提出了干扰激光双波长复合输出方案,为军用光电对抗设备的通用化和小型化提供了有效思路。利用稳态和速率方程理论分别建立了连续和脉冲激光复合输出模型,通过数值仿真探究了倍频晶体长度和腔镜基频透射率对复合激光输出功率成分的影响。在连续输出状态下,存在最佳基频透射率使基频输出功率最高;对于两种输出状态,都存在最佳倍频晶体长度使倍频输出功率最高。通过实验验证了连续和脉冲输出状态下复合激光输出功率成分随腔镜基频透过率的变化关系,并进一步探究了重复频率对复合激光输出的影响。

全固态激光双波长复合输出腔参数优化

Nd∶YAG激光器输出的基频1064 nm激光和倍频532 nm激光在众多领域有着广泛的应用。在某些需要同时干扰可见光和近红外光电设备的军事领域,基于1064 nm和532 nm激光双波长复合输出的去识别干扰技术将有利于设备的小型化。针对固态激光双波长复合输出技术,提出了半导体泵浦双Nd∶YAG晶体,双声光调Q和KTP内腔倍频的激光谐振腔配置方案,以实现复合激光高功率高重频稳定输出;利用稳态方程理论,建立了固态激光双波长复合输出模型,研究了谐振腔参数对复合激光输出配比和特性的影响,获得了倍频晶体最佳长度和腔镜最佳基频光透射率,论证了谐振腔参数调节优化复合激光输出的有效性。

热近非稳腔高重频双波长复合输出激光器研究

1064 nm/532 nm双波长固态激光器在多个领域应用广泛。针对目前该类激光器分光路可切换输出研究较多,而复合输出研究缺乏的现状,通过建立含热透镜的等价谐振腔模型,结合谐振腔稳定性和"热近非稳谐振腔"理论确定了最佳腔长,利用软件仿真分析了倍频晶体的长度、输出镜基频透过率、调Q频率的大小对复合输出的影响,根据双路激光干扰的实际需求,确定了最佳复合输出参数,从而完成了一台1064 nm/532 nm高重频双波长复合输出激光器的设计。实验表明,KTP晶体长度选为12 mm,输出镜基频透过率选为15%,调Q频率选为50 k Hz时,在最大泵浦功率下,基频光输出的平均功率为28.82 W,倍频光的输出的平均功率为2.23 W。测量得到的激光近场发散角与光斑半径的乘积近似等于同样位置处基模高斯光束发散角与光斑半径的乘积,这说明所设计的激光器在最大泵浦功率条件下是以近似基模的方式运转,具有较好的光束质量。

高重频双波长复合干扰激光器设计

为解决基频光高重频与倍频光高平均功率之间的矛盾,设计了一台干扰用高重频双波长复合输出激光器。静态仿真了泵浦源效率、激光晶体受热和受力分布、激光高斯模式特征,得到了该激光器的复合输出特性。动态仿真调Q频率、倍频晶体长度对复合输出的影响以及分析倍频晶体热效应,发现在泵浦功率和谐振腔结构不变的前提下,需先满足基频光高重频工作,再优化倍频晶体长度和控制倍频晶体温度可提高倍频光的输出功率。按上述仿真结论开展的验证实验结果表明:当磷酸氧钛钾晶体长度为12 mm、输出镜透过率为10%、重复频率为50 k Hz时,设计的激光器基频光平均功率为18. 98 W,倍频光平均功率为2. 22 W,与仿真结论一致。

0.53μm和1.06μm双波长复合激光干扰光电器件的实验研究

利用自行设计的0.53和1.06μm双波长复合输出激光器,对复合激光干扰COMS相机和激光半主动(SAL)制导系统的效能进行了实验评估。在CMOS相机干扰实验中,分析了复合激光连续和5kHz高重频输出时的干扰效果;分别在有无激光防护两种情况下,对比了复合激光与单波长激光的有效干扰面积曲线。结果表明,存在激光防护措施时,复合激光的有效干扰面积较单波长激光干扰提升显著,其有效干扰面积分别最大增加67.0%和53.1%。在SAL制导系统干扰实验中,对比了导引头在复合激光和0.53μm波长激光干扰下的预处理信号波形。结果表明,高重频复合激光能有效扰乱导引头的预处理信号,使其波形相关度最大降低25.1%,干扰效果较0.53μm波长激光提升显著。

0.53μm全固态激光器热效应及其补偿技术研究

基于0.53μm、1.06μm激光双波长复合输出技术在军事上的应用前景,针对光电对抗双波长复合输出激光器的热效应,利用泊松热传导理论,考虑晶体与外界的热交换,建立了更精确的边界条件,仿真分析了三向泵浦、内腔倍频情况下激光晶体热透镜效应和倍频晶体热致相位失配的形成过程,分析讨论了平凸腔补偿热透镜效应的有效性和一般规律。通过实验探究了热效应对双波长复合激光光束质量的影响,验证了平凸腔对热效应的补偿效果,发现平凸腔能增大基模模体积,抑制高阶模增益,改善复合激光光束质量,热效应补偿效果会随着补偿平凸镜曲率半径的减小而增强。