激光无线能量传输远场大光斑测试技术

无线能量传输系统作为空间太阳能电站的一个关键部分,其性能直接决定了空间太阳能电站技术的可行性。特别对于激光无线能量传输系统,准确测量激光远场光斑分布是分析和评价激光无线能量传输系统性能的有效手段。针对太阳能发电卫星轨道高、激光传输距离远、接收激光光斑面积大,并且受大气影响,光斑抖动严重,光斑能量分布以及光斑形状测量困难的问题,文章提出了基于光能探测器阵列的大面积激光光斑测试方法,采用光斑分布式测量及能量分布重构方法,完成激光无线能量传输系统远场光斑的测试,具有分布式测量,可灵活布局的特点,通过反演算法能够实现光斑能量密度分布重构,接收激光功率积分求解,光束发散角计算等,功能多样,适应能力强,为激光无线能量传输系统载荷的参数修订,以及在轨飞行任务的评价提供有效依据。

百瓦级热电堆激光功率计的设计与实现

为了满足光束合成、激光对抗、材料激光损伤测试等领域的激光功率测试需求,研制了一种基于赛贝克效应的百瓦量级热电堆激光功率测试仪器。该仪器无需偏置电压电路即可正常工作,能够实现连续激光辐射功率测试且探测的激光功率量程宽、稳定性高。对波长为1064 nm的激光功率进行了测试实验。在1.5~250 W的功率范围内,采用本文方案研制的热电堆激光功率计的测试结果与标准激光功率计测试结果之间的误差在±3%范围以内。

振镜扫描激光清除电网异物数值仿真研究

针对振镜激光清除高压输电线异物二维扫描技术扫描不均匀的问题,结合振镜的扫描原理,通过简单的扫描理论推导和Matlab仿真分析,利用COMSOL有限元对激光扫描轨迹进行仿真模拟。设计X-Y检流计振镜扫描进行区域全覆盖扫描,得出X-Y检流计振镜扫描存在矩形失真特性,故通过三角函数变换的思路进行补偿修正,修正后的扫描轨迹效果较好,由上到下逐行扫描,且扫描较为完整,不存在漏扫。为实现振镜式激光光斑区域全覆盖扫描,进行扫描路径设计理论推导和仿真。结果表明:随着扫描线距的增加,漏扫率逐渐增大,重叠率逐渐减小;当扫描线距与光斑半径相等时,光斑恰好没有重叠区域,重叠率为0,漏扫率为27.37%。通过COMSOL有限元对光斑轨迹扫描进行仿真,进一步说明了所提扫描方法的可行性和正确性,在振镜激光扫描系统中有着重要的参考价值。

基于Cat.1物联网通讯的低功耗采集器在城市燃气中低压调压箱中的应用设计

城镇燃气中低压调压箱监控系统设计采用一体化的低功耗采集器及工业物联网平台,实现对调压箱的远程监控。采集器采用Cat.1物联网通讯方式,内置+外挂电池模式,配置进出口压力变送器和激光浓度检测仪,实现对调压站进、出口压力、天然气浓度等过程参数的采集,通过Cat.1国密安全通讯模组将数据远传至调度中心工业物联网平台,数据入库后,通过SCADA系统进行数据的综合展示和应用,实现对调压箱的远程监控。

近红外激光光斑功率密度时空分布探测器

光束质量是评价高能激光系统指标的重要参数,准确测量激光功率密度时空分布是获取激光光束质量、验证改进激光系统设计及实际应用的重要依据。介绍了一种采用光电探测器阵列实现近红外波段高能激光束功率密度时空分布的测量方法,可实现波长范围为0.9-1.7μm、功率密度为mW/cm^2-kW/cm^2量级的激光光斑参数测量,并具有探测光斑面积大和测量不确定度小等特点。给出了系统的标定结果,在弱光标定情况下,测量值与激光器输出功率标称值偏差在3%以内。该方法可以作为近红外激光束功率密度时空分布测量的有效手段。

MATLAB偏微分工具箱在激光辐照探测器材料温升中的应用

激光与物质的热作用是激光与物质作用的主要作用机制之一，激光辐照下探测器中半导体材料的温升对探测器性能具有很大影响。本文以碲镉汞探测器为例，建立了碲镉探测器在激光辐照下的非稳态热数学模型，利用ＭＡＴＬＡＢ偏微分方程工具箱，采用有限元法，对探测器的温升进行了计算，实践证明该方法解决此类问题是简便而有效的。

强激光远场光斑强度分布测量技术

准确测量激光远场光斑强度时空分布是分析强激光大气传输效应和评价激光系统性能的有效手段。概述了测量激光光斑强度分布的几种方法及其适用性,重点叙述了基于阵列探测法的强激光远场光斑强度分布测量技术,总结分析了量热阵列法、光电阵列法和量热/光电复合法等三类阵列探测系统应用特点。最后介绍了两种分别用于测量连续波高能激光和重频脉冲激光的光电阵列靶斑仪,系统具有结构紧凑的特点,能够满足运动靶目标上强激光参数测量要求。

单元红外成像探测器的激光干扰实验研究

针对单元红外成像探测器的特点,利用激光的高亮度,对激光干扰单元红外成像探测器进行了理论分析和实验研究,研究了激光的功率参数和脉冲频率参数对单元红外成像探测器输出特性的影响,得到了具体的实验结果。并利用调制盘对激光脉冲的反射信号初步确定了单元红外成像探测器调制盘的旋转速度。

高精度激光功率测试方法探究

通过了解激光功率测量的现状和发展趋势,提出一种在实验室可以使用的高精度激光功率测试方法。在LabVIEW环境下,由光调制器、低噪声光电探测器、锁相放大器、A/D数据采集卡和计算机等组成全自动快捷的测量系统。本系统将激光器发出的光调制成具有一定频率的光信号,该信号被光电探测器接收,由锁相放大器消除背景光噪声及电路噪声对测量的影响,经A/D采集卡采集到计算机,通过LabVIEW程序进行分析处理,即可获得激光器功率。噪声及误差分析表明,测量系统的信噪比可达106数量级,用此测试系统实测氦氖激光器和半导体激光器的功率,所测数据与厂家提供的参数吻合,最终实现了激光功率的准确测量。

阵列探测器对斜入射激光的功率测量不确定度

为了对斜入射情况下的激光功率进行准确测量,采用了对阵列探测器的功率响应度依角度进行修正的方法。推导了依赖于光源位置、阵列探测器位置和阵列探测器姿态角的激光光线方向余弦和入射角的数学表达式,推导了光线方向余弦和入射角的测量不确定度表达式以及阵列探测器功率修正因子的不确定度表达式,并根据功率表达式进一步推导了功率测量不确定度表达式。由此建立了斜入射情况下激光功率阵列探测器测量方法及功率测量不确定度评定的一套较完整的方法。以典型参数为例,计算了斜入射下阵列探测器测量激光功率的不确定度,结果表明采用修正方法可显著减小激光功率测量不确定度。

大功率半导体激光器发散角测量技术研究

研究利用一种步进电机和光电转换装置组成的测试系统测量大功率半导体激光器发散角的方法。根据使用要求选择合适的探测元件，设计了测试系统。以波长950 nm，阈值电流200 mA，功率为900 mW的大功率半导体激光器为实验对象，结果显示，发散角测试精度可达到0.1°。在860-1 064 nm波长范围内多次实验，验证了该方法具有的实用精度要求。分析了发散角测量的影响因素。

基于半主动式激光制导探测器设计指标计算研究

在设计激光制导探测器时需根据系统要求估算出探测器的性能指标。文中给出了探测器设计指标的估算过程,提出了一种新的估算方法,通过实例说明了应用该估算方法求得的最小探测功率与实际应用中测到的结果相符,验证了该估算方法的有效性。

利用内腔变形反射镜补偿激光器畸变的研究

固体激光器中,增益介质由于热沉积产生的热畸变严重影响了激光器的稳定性和输出功率以及光束质量。为了补偿激光器腔内畸变,采用了一种利用变形反射镜作为内腔反射镜的方法,运用静电力作用于变形薄膜反射镜,来改变谐振腔的结构。从外部引入一束参考光通过激光腔,利用波前探测器可测得腔内畸变对参考光的影响,并利用变形反射镜校正此畸变。实验结果表明,该方法能对腔内畸变进行有效的补偿,提高激光器的输出功率及光束质量。

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。

复合式激光远场光斑分布定量测量技术研究

激光远场光斑分布测量是研究高功率激光大气传输效应的有效方法,同时也是评估强激光武器作战效能的重要手段。设计了一种基于摄像和阵列探测相结合的复合测量方法,实现了强激光远场光斑时空分布的定量测量。该系统可用于波长为(1064±10)nm、功率密度动态范围为2~5000 W/cm2激光的远场光斑分布测量。

脉冲激光辐照CCD探测器饱和阈值分析

以电视制导武器跟踪系统核心部件CCD导引头为研究对象,介绍了CCD的基本组成及工作原理。使用脉冲激光对KA-320型面阵CCD进行了辐照实验,研究了脉冲宽度、峰值功率、重复频率对CCD饱和阈值的影响。使用Matlab中的Simulink工具对整个实验过程进行了仿真分析,从仿真结果归纳出脉冲激光对CCD探测器的干扰共性。最后得出结论：选用脉冲宽度小、峰值功率高、脉冲频率大的激光器更能使CCD导引头达到饱和,从而对制导武器实施有效干扰。

采用热电探测器对CO_2激光快速探测的新方法

针对大功率CO2 激光光束光斑质量诊断仪对大功率激光截面强度分布测量的要求 ,设计了一种新的光热电转换电路 ,得到了高增益的快速光热电转换 ,响应时间比常规方法短一个量级。满足了对大功率激光功率分布的检测。

光伏型光电探测器的激光软损伤机制

对激光辐照功率密度高于探测器饱和阈值而低于其破坏阈值(中等功率的激光)时光伏型光电探测器的软损伤进行了理论研究,提出了一种新机制。当激光辐照功率密度超过探测器的饱和阈值以后,载流子的带间跃迁达到深度饱和,在半导体内产生热载流子且热载流子的温度高于晶格的温度,从而导致了光伏型光电探测器的电压输出信号随着辐照光功率密度的增加而下降直到零压输出的现象。对激光辐照下光伏型HgCdTe探测器的输出信号进行了模拟计算,结果表明,辐照光功率密度处于一定范围内探测器的输出信号随着辐照光功率密度的增加而逐步下降,甚至接近于零,与实验结果相符合。

陶瓷涂层对中红外探测器抗激光性能的影响

中红外激光器功率的不断提高使得传统红外成像制导武器临着前所未有的激光威胁。较高能量的激光会使导引头光机系统内部产生杂散光,从而干扰导引头正常工作。为增强当前红外成像导引头内部核心器件探测器的抗激光干扰和损伤能力,本文采用新型高吸收型陶瓷涂层材料增加导引头光机系统对杂散光的吸收能力,针对高吸收型陶瓷涂层和磨砂玻璃两种漫反射材料,通过等效实验对比了不同入射激光功率对红外探测器的干扰效果。研究结果表明:采用普通漫反射材料时,探测器在功率密度101.3 mW/cm^2处达到饱和;而采用高吸收型陶瓷涂层材料后,入射激光在探测器像面上的饱和功率密度阈值增大到784.5 mW/cm^2,其抗激光干扰能力相比于普通漫反射材料提高了近8倍。本文研究结果证明了采用高吸收型陶瓷涂层材料有助于增加红外成像导引头内部光机结构的消杂散光能力,能够有效提升现役导引头抗激光干扰能力,延长红外制导武器的战场生存周期。

航天用光器件可靠性技术及其进展

光器件是航天器最重要的部件,受到世界各国的高度重视。文章介绍了航天用光器件可靠性技术及其进展。为了满足重量轻、低功耗和高可靠性的空间高技术需要,概述了光纤激光器、大功率半导体激光器、HgCdTe红外探测器、光纤陀螺的可靠性技术。重点叙述了可靠性试验技术与标准,可靠性分析与评价,包括光纤激光器和大功率半导体激光器在内的航天用光源的可靠性,有关大功率激光器寿命评估、失效机理、热产生机制与能耗,大功率激光器可靠性与寿命进展,以及提高大功率激光器可靠性得措施。可以肯定,随着可靠性技术的发展,光器件在未来航天领域中将占据越来越重要的位置。