空间固体激光器的研究进展

近年来,空间激光技术由于在地球科学和深空探测等领域具有重要的应用前景而引起了广泛的关注.回顾了国外空间固体激光器的发展状况和历程,总结了空间固体激光器在各领域的应用情况,以激光雷达和激光高度计为主,介绍了空间固体激光器的性能、指标及其发射后出现的问题.最后简要分析了空间固体激光器研制的关键技术及发展趋势.     

国外空间激光的发展现状

随着激光技术的不断发展和进步,星载激光系统成为空间信息获取的重要手段,在地形测绘、高分辨率观测、空间遥感、环境监测等领域具有重要的应用前景。回顾了NASA已经发射的空间应用激光系统在火星、水星、地球和月球地形测量上的应用,分析了激光器载荷的性能指标,阐述了正在发展的空间激光应用计划,指出当前的技术难以满足未来的空间激光任务需要,新的任务要求需要新的激光器技术,激光技术未来将会成为空间行星探测的关键技术。最后总结了空间应用固体激光器面临的关键问题及发展趋势。     

太阳光泵浦固体激光器及其空间应用

太阳光泵浦固体激光器具有结构简单、能量转换环节少、效率较高的特点,特别适用于空间传能、空间激光通信和空间对抗等空间应用.文中介绍了太阳光泵浦固体激光器的基本原理,装置结构及发展现状,论述了可能的空间应用,并展望了未来的发展方向.     

高功率固体激光器技术研究与应用

论述了高功率固体激光技术发展历程中遇到的各种技术问题及解决方案,对目前高功率固体激光技术的研究热点——光纤激光器、热容激光器、板条激光器、薄片激光器等的技术特点、发展现状及应用前景进行了讨论。     

固体激光器进展及发展趋势

半导体激光泵浦的固体激光器,固体可调谐激光器及高功率固体激光器是八十年代固体激光器最重要的进展,也是九十年代固体激光技术发展的主要方向。本文介绍了这些领域的进展和发展趋势。     

高性能透明激光陶瓷及陶瓷激光器的最新应用进展

激光陶瓷的出现,为固体激光材料向高功率、大尺寸、多功能发展提供了全新的途径,从而为激光技术的发展提供了更加灵活广阔的设计空间.介绍了近年来国际国内透明激光陶瓷及陶瓷激光器发展的最新进展,并展望了陶瓷激光器的未来发展价值.高功率陶瓷激光器方面:中科院上海光学精密机械研究所采用超均匀侧面泵浦技术在1 at.%Nd:YAG陶瓷棒中获得输出功率236 W,斜率效率62%的连续激光输出.美国利弗莫尔实验室采用Sm3+包边Nd:YAG复合结构陶瓷热容激光器实现了5 Hz,67 kW激光输出.陶瓷激光器方面,日本World-Labo.Co实验室采用掺杂浓度为15 at.%的Yb:YSAG透明陶瓷,获得脉冲宽度280 fs,平均输出能量为62 mW的锁模脉冲激光输出.陶瓷自调Q脉冲激光器和陶瓷光纤激光器亦有很大进展.陶瓷激光器的开发和应用不仅延伸到传统固体激光器的各个研究领域,并且能够不断突破现有固体激光技术的局限,有望推动未来固体激光工程向更广阔的空间发展.     

国外新型电驱动高能激光技术现状与发展趋势

主要讨论了国外平面波导激光器、固体薄片激光器、浸入式液冷固体激光器、碱金属蒸汽激光器、相干合成光纤激光器等新型电驱动高能激光光源的技术发展现状、关键技术以及未来作为激光武器应用的潜力。它们至少在原理上可以解决当前高能固体激光或光纤激光面临的一些难题,但因为某些缺点或者面临一些待解决技术问题,使其输出功率、光束质量或体积、重量等指标暂时达不到典型高能固体激光或光纤激光的水平。详细讨论了这些新型电驱动高能激光的优缺点,并对其技术发展前景进行初步分析判断。     

对地观测星载激光测高系统高程误差分析

星载激光测高系统通过接收卫星平台激光器发出的激光脉冲经地表反射的微弱回波,计算卫星与地表的距离;结合卫星轨道和姿态数据,生成激光脚点精确地理位置和高程结果.其高程误差主要受器件、环境和目标参数影响,目前还没有完整描述对地观测星载激光测高系统平面和高程误差的数学模型.简化并完善了针对固体地表的激光测距误差模型,建立了完整的激光脚点平面和高程误差模型.利用高程精度和空间分辨率更高的机载Lidar数据评估了星载激光测高系统GLAS实测数据的高程偏差,评估结果符合所建误差模型.在较平坦的冰盖表面,GLAS系统高程精度可以达到设计值约15 cm.研究内容对测高系统高程误差评估和系统参数设计具有参考意义.     

国外军用固体激光技术发展现状

简述了固体激光器军事应用历程,指出二极管泵浦固体激光器在激光军事应用中的主导地位;阐述了军用固体激光器技术的多种激光材料、多波长、大功率化、小型／微型化等四个主要发展方向。介绍了国外固体激光器在靶场测量、成像、制导、火控、化学战剂监测、风场测量、光电对抗、激光通信等方面的军事应用现状。     

星载激光测高的半导体泵浦全固化激光器设计

星载激光测高系统以独特的应用背景而备受关注，其整体性能对关键件激光器的技术参数提出了高需求。分析了500 km轨道高度星载激光测高模型对激光器的技术指标需求，并在此基础上对LD泵浦全固化激光器进行了优化设计和实验研究，采用了侧向半圆柱面LD阵列与热沉交错分布的泵浦几何，实现了整体上的增益和热传导均匀效果，采用角锥棱镜高斯反射率镜谐振腔选取低横模结构，获得了高机械稳定性，高热稳定性和高光束质量激光输出，设计样机重复频率30 Hz，单脉冲能量66.2 mJ，脉冲宽度6.056 ns，稳定性优于3％，光束发散角0.6 mrad，光轴指向近乎零漂移，满足了星载激光测高应用。     

空间激光测高技术发展及展望

空间激光测高技术通过在天基平台搭载脉冲激光测距仪,实现行星表面形貌信息获取,是开展对地和深空探测的重要手段。系统梳理了空间激光测高技术的发展历史和现状,提出应向多波束观测、近海及岛礁水下地形探测、激光主动多光谱探测这三个方向发展,建议开展近红外波段单光子探测、超窄带光学滤波、多光子分辨探测、单光子数据星上预处理、高转换效率激光及非线性光频变换关键技术研究,促进我国空间激光测高技术的进一步发展。     

免调试激光器研究新进展

介绍了免调试激光器的基本概念和广泛应用,总结了国内外关于免调试激光器的研究在实现激光器小型轻量化、多波长输出、改善大能量/高功率激光器光束质量方面的新进展,以及向双角锥棱镜谐振腔方向拓展应用研究的新动向。重点报道了角锥棱镜谐振腔在相干合成领域的最新进展,分别实现了角锥光纤激光器互注入相干合成和基于角锥固体激光器互注入相干合成,为实现高可靠、大能量/高功率、高光束质量激光输出提供了一个有效技术途径。     

高光束质量弹载激光主动成像激光器研制

弹载激光主动成像制导技术是现代战争中最重要的精确制导技术之一。其中,弹载激光主动成像激光器的研制,是当前研究的热点和难点。报道了高光束质量弹载1 064 nm激光器,用于激光主动成像。采用二极管端面带内泵浦Nd:YAG晶体,光机电一体化设计,在重复频率100 Hz时,输出激光脉冲宽度为3.005 ns,最大输出单脉冲能量3.36 mJ,输出激光光谱宽度78 pm。带内泵浦和谐振腔的优化设计,保证了良好的光束质量,光束质量因子M2在X方向为1.327,Y方向为1.354。成像结果表明:该激光器的成功研制,对高光束质量一体化固体激光器的参数设计和弹载激光器在激光主动成像中的工程应用都具有一定的指导意义。     

战术机载激光武器

固体激光器的快速发展,现已能在空中平台的紧凑系统中提供武器级的功率,美国空军正在加速发展战术机载激光武器。首先总结了空军先进战术激光计划的经验教训,评述了战术机载激光武器的发展目标、要求和挑战。然后评述和讨论了激光武装直升机和激光战斗机的发展计划、作战目标、组成和技术特点。最后讨论和分析了高能液体激光器、光谱合成光纤激光器和平面波导激光器的特点、关键技术、最新进展和面临的挑战。     

High-power ns-pulse fiber laser sources for remote sensors

The development of fiber-based laser sources for space-borne remote sensors must meet many concurrent requirements including high pulse energy/peak power, excellent beam quality, narrow spectral linewidth, simple thermal management, small volume and mass, low power consumption, rugged packaging, and long-term reliability. To address these requirements, many aspects of pulse fiber laser technology must be advanced beyond the state of the art of traditional optical sources used in telecommunications and materials processing. In this article, we discuss component and solutions that enable pulsed fiber laser sources to support remote sensing from space. We also describe several examples of such sources and characterize their performance.     

导航卫星激光反射器技术发展综述

卫星激光角反射器(laser retro-reflector,LRR)作为SLR系统空间载荷部分,装载在卫星表面,其作用是增强星体目标对激光信号的反射率,实现星地距离的精密测距。导航卫星激光反射器是星载激光反射器应用的一个主要分支,本文主要就导航卫星激光反射器国内外技术发展现状、光机设计主要问题、未来趋势和研究方向进行了扼要的评述、讨论和展望;所叙述的内容对其他类型激光反射器的设计同样有借鉴作用。     

卫星姿态控制误差及飞行速度对星载激光测高仪测量精度的影响

建立了数学物理模型,理论分析了单光束垂直入射和多光束"品"字形入射时,卫星姿态控制误差及飞行速度对星载激光测高仪测量精度的影响,推导了测距误差的数学表达式,并进行数值模拟研究。文中以光束往返时间1/300 s为例,研究了为达到1 m测距精度,卫星姿态控制误差需满足的误差区间,并定性讨论了卫星飞行速度对测量精度的影响。研究结果说明:卫星姿态控制误差直接影响星载激光测高仪的测量精度,但随着斜入射光束方位的不同,俯仰误差与滚转误差对测距精度的影响程度会发生变化;若测距光束传播方向与卫星飞行速度有相同方向分量,则卫星飞行速度的影响必须加以考虑。     

Application of Various Lasers to Laser Trimming Resistance System

Though the laser trimming resistance has been an old laser machining industry for over 30 years, the development of technology brings new alternative lasers which can be used for the traditional machining. The paper describes application of various lasers to laser trimming resistance system including early traditional krypton arc lamp pumped Nd：YAG to laser, modern popular diode pumped solid state laser and the present advanced harmonic diode pumped solid state laser. Using the new alternative lasers in the laser trimming resistance system can dramatically improve the yields and equipment performance.     

多普勒效应与激光外差技术复合检测金属线膨胀系数

物体的热膨胀性质反映了材料本身的属性,通常将固体受热后在一维方向上长度的变化称为线膨胀。测量材料的线膨胀系数,不仅对新材料的研制具有重要意义,而且也是选用材料的重要指标之一。将激光外差技术与多普勒效应深度融合,提出一种多光束激光外差测量金属线膨胀系数的新方法,即利用多普勒振镜把待测参数信息调制到多光束激光外差信号的频率差中,信号解调后可以同时获取多个待测参数信息,对多个待测参数加权平均,从而可以精确得到待测样品长度随温度的变化量,最终提高待测样品线膨胀系数的测量精度。基于该方法,对不同温度情况下金属棒线膨胀系数进行了仿真研究,结果表明该方法测量金属棒线膨胀系数的相对误差为0.1%。与传统测量方法相比,测量精度提高了一个数量级。