大功率二极管激光线阵的“smile”测量方法

二极管激光线阵封装中产生的"smile"现象对激光器的激射特性、寿命、光束质量等都会产生较大的影响。采用高分辨率CCD、快轴准直透镜及柱面透镜组成的单轴放大系统对激光线阵发光单元成像及基于光斑强度求质心的算法实现了二极管激光线阵"smile"的测量。实验结果表明:在阈值电流附近,采用In焊料焊接的器件"smile"小于2μm,讨论了快轴准直透镜、CCD等对实验结果的影响。

二极管激光线阵光束的远场特性

利用X-Y函数记录仪测试了双异质结连续60 W,1×19激光二极管线阵(LDB)发射光束的空间光强分布和时间稳定性,被测样品的型号为JOLD-60-CPNN-1L。实验结果表明:组成DLB的19个二极管发射的光束基本上是独立传输的,DLB光束远场光强分布由19个子束非相干叠加而成,并且不随时间变化,发光区间距不相等。以实验为依据,对理论模型做了改进。将低注入电流的实验与用改进的理论模型的计算结果做了比较,二者符合甚好。

基于激光线阵的线阵相机在线畸变标定和校正

为了提高线阵相机畸变标定和校正的实时性和便捷性,研究并提出了一种基于激光线阵的线阵相机在线畸变标定和校正的方法。以一组相对间隔已知的激光线阵作为基准,根据其相对间隔的变化而实现相机的在线标定和校正,而无需已知相机和成像物体的相对位置,也无需其他设备,操作简单。该方法适用于成像过程中物距不变的情况。经实验证明,当激光线阵中激光线数量为41,且物距为0.25 m时,校正后影像点的位置偏差均方根为0.5685 pixel。

采用组合透镜阵列准直半导体激光器线阵

为了满足半导体激光器线阵的远距离应用要求,需要对激光束进行准直处理。提出了一种由垂直双半圆柱透镜组合阵列构成的准直器,采用光线追迹的方法推导了激光束通过准直器的传输方程,分析了光线出射角与透镜阵列参数之间的关系,得出了准直器的最优设计参数,然后在Zemax-EE非序列模式下仿真了此准直器的三维效果图以及探测器成像效果,得到的激光光斑接近于矩形,非相干照度集中在中央区域,并且经过准直器后的发散角大约为3mrad。设计的准直透镜可以同时压缩快慢轴的激光束发散角,制作简单,安装方便。

半导体激光器线阵的棱镜组光束整形器和光纤耦合输出

针对半导体激光器线阵输出光束快慢轴方向光参数积不对称问题,提出并制作了基于直角棱镜片的光束整形器,其具有结构简单紧凑,制作安装容易的特点。通过数值仿真和实验对光束整形器进行了分析,研究表明整形器实现了半导体激光器线阵输出光束的对称化,并且光束经过透镜聚焦后对数值孔径为0.46,直径为200μm的光纤进行耦合,效率为53%。

半导体激光器线阵的瞬态热特性研究

针对半导体激光器线阵,建立了二维的热传导模型,模拟计算得到了半导体激光器线阵的二维瞬态温度分布。分析表明器件温度随时间的变化过程可分为三个阶段:在加电后几十微秒的时间内,发光单元之间未出现热交叠,不同填充比的线阵器件的温度基本一致;在几十微秒到几十或几百毫秒之间,大填充比结构线阵的发光单元之间先发生了热交叠,温度上升较快;微通道制冷的器件在几十毫秒之后温度达到稳定,平板热传导热沉封装的器件在几百毫秒之后温度才达到稳定。热传导热沉封装时,在相同的注入电流密度下,高填充比器件的发光单元之间出现温差更快。

空间失稳目标线阵激光成像建模及参数优化

线阵激光成像雷达兼具激光测距和线阵成像的优点,是空间失稳目标远距离精密测量的重要工具,其获取的线阵图像既能用于运动估计也能用于空间目标三维测量。为模拟不同平面分辨率线阵激光成像雷达对空间失稳目标的数据采集,本文根据线阵激光成像雷达的成像机制及空间失稳目标的运动规律提出了一般性的空间失稳目标线阵激光成像建模方法,为不同地面验证方案提供了数据支持。同时,为优化雷达参数选取,本文通过计算单位区域特征获取率提出了一种基于数据采集完整性评估的线阵激光成像雷达参数优化方法,实验分析了与成像分辨率相关的性能参数对多种运动形式空间失稳目标数据采集的完整性。实验结果显示数据采集完整性与线阵规模及采样频率正相关,在线阵规模达到100元以上、采样频率200Hz以上,与空间目标自身运动形式几乎无关,建立的对应关系将为参数优化提供指导和参考依据。

雪崩光电二极管线阵激光雷达多路飞行时间并行测量系统研究

设计并实现了8路高精度时间间隔并行测量系统,解决了1×8雪崩光电二极管(APD)线阵激光雷达同时测量8路激光回波飞行时间的问题。系统硬件由计时板和控制板组成,具有互换性和扩展性;计时板包含1片可测量8路激光飞行时间的TDC-GPX芯片;控制板包含1片ARM STM32处理器,用于配置TDC-GPX芯片、读取测量数据、并上传数据至PC机。系统软件采用事件驱动模式编程,并融合了循环FIFO数据结构与中断技术。由测距实验及数据分析表明:该系统稳定可靠,不同通道距离测量一致性误差小于2 ns。

激光二极管线阵光束变换研究

推导出激光二极管线阵光束通过透镜系统的光强分布表达式 ,分析了出射光束的传输特性 ,设计一种凹柱透镜的光束变换系统得到一维均匀光强分布。此外 。

多线阵半导体激光器的单光纤耦合输出

设计并研制了一种多线阵半导体激光器的高亮度光纤耦合输出模块.激光器芯片采用了分子束外延方法生长的宽波导、双量子阱结构AlGaAs/GaAs激光器外延材料,激光器模块采用6只准直的线阵半导体激光器,器件腔长为1.2mm,单个发光单元宽度为100μm,发光单元周期为500μm,单线阵器件包括19个发光单元,单线阵器件的连续输出功率为50W,每只单线阵器件的准直输出光束经过空间合束后再通过光束对称化变换实现了多线阵器件输出的高光束质量功率合成,采用平凸柱透镜实现了合束光束与400μm芯径、数值孔径0.22石英光纤的高效率耦合,整体耦合效率达到65%,最大耦合输出功率达到195W,光纤端面功率密度达到1.55×105W/cm2.

高功率线阵半导体激光器光纤耦合设计

本文通过分析高功率线阵半导体激光器的激光输出特性,设计了一种微台阶反射镜阵列对其进行光束变换,并分别采用几何光线追迹法和高斯光束的ABCD定律,模拟计算了光束变换情况。计算结果表明,本文设计的光束变换系统。可将10mm宽的线阵半导体激光器的输出激光耦合进一根芯径为800μm,数值孔径NA≥0.37的光纤中。

激光二极管线阵侧面泵浦固体激光器输出光场研究

对于激光二极管线阵侧面泵浦的固体激光器,通过数值求解四能级系统速率方程,建立了侧面泵浦Nd∶YAG激光器的计算模型,分析了侧面泵浦时泵浦参数对光束质量的影响,其光束质量因子随激光二极管线阵与晶体棒之间距离的增加而增加,随晶体棒半径的增加而增加.

Talbot外腔压窄线阵大功率半导体激光器输出谱宽

线阵半导体激光器(LDA)内部发光元周期排列,基于Talbot效应,改进传统Littrow外腔窄线宽系统,在Littrow外腔中置入反射率为20%平平镜构成Talbot外腔以进一步窄化激光器输出谱宽,并将外腔窄线宽输出通过铷池进行吸收实验。实验结果表明:铷池对Tablot外腔输出吸收系数比Littrow外腔吸收系数相对提高42.9%,说明Talbot外腔能有效提高外腔输出谱宽的均匀性,提高半导体激光器泵浦效率。

横向微堆积大功率半导体激光器线阵的制备

提出了一种横向微堆积大功率半导体激光器线阵的新结构,在相同的注入电流下提高了器件的输出光功率,有效缓解了大电流下的器件热烧毁和光学灾变性毁坏(COD)。制备了横向微堆积三有源区半导体激光器线阵列,在50A的工作电流下,其输出光功率可达到79.3W,斜率效率可达1.81W/A,是传统单有源区bar条的两倍多。

激光-线阵CCD技术的热轧机辊形检测系统

应用激光—线阵CCD成像技术,提出了一种高速、高精度热轧机辊形检测方法,阐述了激光—线阵CCD工作原理及CCD视频信号图像处理技术,介绍了激光—线阵CCD热轧机辊形检测系统,采用新的自适应快速边缘聚焦法,有效地降低了噪音对成像质量的影响,提高了处理数据的速度,使图像得到有效增强,成功地解决了除噪、边缘检测和特征信息提取等关键技术,并通过实验进行了验证。

分立型半导体激光器线阵温度场分析

目的 研究半导体激光器线阵的温度场分布 ,为设计冷却方案提供理论依据 .方法 用分离变量法推导简化后系统的温度场分布函数 ,获得理论最高温度所在位置 ;建立合理的有限元模型 ,在 ANSYS系统上进行数值仿真 .结果 得到系统稳定后的温度场分布图 ,确定了半导体激光器线阵在整个工作时间内的最高温度及其所在位置 .结论 根据简化后的数学模型 ,用有限元法得到的温度场分布与用分离变量法进行的理论分析得到的结论相一致 .

末敏弹线阵激光雷达对地面装甲目标的提取方法

为了提高末敏弹在复杂战场环境下对地面装甲目标的识别概率,提出了一种用于弹载线阵激光成像雷达的目标提取方法,结合末敏弹边旋转边下降的稳态运动特点,实现了线阵列激光雷达对扫描区域的三维点云成像。首先通过对点云中高度数据分析,提出了基于高度与梯度的组合阈值分割算法,实现了地面背景的快速分割;然后利用坐标变换,对有坡度的地面进行调整,并通过典型装甲目标的几何尺寸自动获取种子点进行区域增长分割;最后利用最小外接矩形特征获取目标的几何信息,由目标的几何特征实现装甲目标的提取。仿真结果表明:此方法可以实现线阵列激光雷达在50～120 m高度下对地面装甲目标的准确提取,从而为新型末敏弹目标探测提供技术支撑。

用于弹载线阵激光雷达的卷积神经网络目标识别

为了提高末敏弹在复杂背景条件下对装甲目标的识别能力,将线阵激光雷达作为探测器,结合卷积神经网络对线阵激光雷达距离像进行目标分类与识别.利用末敏弹边旋转边下降的运动特点,实现对扫描区域的距离成像,并通过采样率控制及插值等算法将原始距离像构造成适用于卷积神经网络的灰度像.针对弹载高实时性、小体积和低功耗的要求,建立了由两层卷积层和一层全链接层构成的浅层卷积网络,选用Xilinx ZYNQSoC芯片作为硬件平台,通过基于HLS技术和SDSoC开发环境将卷积操作放在端进行硬件并行加速.缩比模拟试验结果验证了该方法具有较高的目标识别精度,对复杂背景下的装甲目标也能有效识别.ZYNQSoC的PL硬件相较于普通CPU方案,加速性能提升了5倍,能够满足弹载的要求.

末敏弹线阵列激光雷达的距离像分割方法

为了增强末敏弹在不同场景下对地面装甲目标的探测识别性能,充分考虑末敏弹弹载线阵激光雷达的应用背景,提出了综合交叉扫描线法和梯度连通域的地物距离像点云分割算法,用以提高对地面和目标的分割效果。首先,将激光雷达扫描得到的原始距离信息转换为距离水平地面高度值,通过交叉扫描线法将空间斜面转化至水平面,增强不同地形上的适应性;然后,采用地面点云连通域算法提取地面点云和形态学梯度阈值法分割得到目标点云;最后计算了地物分割效果的几何相似度。实验结果表明:该算法对于正斜坡、侧斜坡等多种地形都有较好的适用性,在不同高度、地形、坡度都能够准确、有效地分割地物点云,进而提高末敏弹对装甲目标的识别性能。

高占空比、高功率线阵二极管激光器封装技术

对高占空比、高功率线阵二极管激光器的封装技术进行了研究 ,给出了封装器件性能测试结果 :在占空比 2 0 % ( 2 0 0μs,1 0 0 0 Hz)时获得峰值功率大于 4 0 W的激光输出 ,1 0 0～ 1 0 0 0 Hz重复频率下 ,输出激光中心波长为 80 5～ 80 8nm,谱线宽度 3 .2～ 4 .2 nm,激光起伏小于 1 %。