机载调Q Nd:YAG激光器技术研究

发布时间：2020-05-10 13:05

【摘要】：在机载激光测距、激光指示、激光制导等应用中,激光器需要在-50℃～+60℃宽温度范围内工作,在较强振动、冲击环境中运行,对激光器的可靠性等提出了很高的要求。现有的激光产品和装备的实际性能与应用需求之间还存在较大差距,主要体现在在振动和冲击环境中性能逐渐下降,在高温环境下难以持续工作等方面。本论文拟针对这些问题,开展研究工作。论文分析了当前国内外测距激光器技术的研究和发展现状,针对机载激光测距应用,分析了提高激光器抗振动性能的基本技术,设计了折叠式角锥棱镜电光调QNd:YAG激光器。依据调Q理论及速率方程设计优化了激光器基本参数,结合角锥棱镜的后向反射特性和相位延迟特性,研究角锥棱镜腔的偏振态特性,设计电光调Q折叠式角锥棱镜谐振腔方案,研制了机载测距激光器样机;按照国军标GJB150.16-1986和GJB150.18-1986开展了机载振动和冲击环境考核试验。在电流110A时,重复频率20Hz,出光100s内,振动和冲击实验前能量平均值是107.6mJ,振动和冲击实验后能量平均值是105.6 mJ,实验前后能量相差2mJ,能量变化3.86%。为了进一步减小激光器体积、减轻激光器重量,研究和设计小型被动调Q激光器。根据被动调Q优化理论及速率方程求解,优化了 YAG激光棒参数、调Q晶体初始透过率、输出镜反射率等参数,设计了正支凹凸非稳腔。针对被动调Q激光器普遍存在的出光不稳定问题,分析了出光不稳定现象的原因,研究了增益预泵浦技术。设计了被动调Q激光器样机,开展了预泵浦技术实验研究,当第一个台阶电流130A,泵浦脉宽220,第二个台阶电流为180A,泵浦脉宽30,获得能量平均值79.13mJ,脉宽9.8ns的脉冲输出,出光时间抖动最大值不超过3。为了使激光器能够在-50 ℃～60℃宽温度环境下正常工作,开展了激光器温控技术的研究。使用半导体制冷器制冷,陶瓷加热片加热方案,通过数值仿真进行了参数优化,完成底板、肋片、制冷片等参数优化,完成散热器模块设计。在高低温试验箱中对折叠式角锥棱镜电光调Q激光器进行了高温环境考核试验。常温下110A电流、20Hz重频,激光能量平均值为83.24mJ,60℃高温环境下,平均能量为88.84mJ。60℃高温下,连续工作30min性能稳定。
【图文】：

输出激光脉冲能量为４０ｍＪ，波长为１０６４ｎｍ。这一激光高度计的工作状态很好，逡逑设计测量的高度是４００ｋｍ以内进行有效的工作，在实际情况中７８５ｋｍ仍能保持工作。逡逑图１．１表示激光器结构图。逡逑Ｌｉｔｈｉｕｍ邋ｎｉｏｂａｔｅ邋０．５７邋ｋ邋ｐｌａｔｅ逡逑ｐｏｌａｒｉｚｅｒｓ逦Ｑｓｗｉ，ｃｈ邋／逦Ｐｏｒｒｏ邋ｐｒｉｓｍ逡逑Ｓｔａｃｋｓ邋ｏｆ邋ｄｉｏｄｅ逦／逡逑ｌａｓｅｒｓ逦ｙ／逦／逡逑１／４邋Ｘ邋ｐｌａｔｅ邋＼逦逦邋Ｌ逡逑Ｐｏｒｒｏ邋ｐｒｉｓｍ逦＾逡逑Ｙ逦￣￣￣￣Ｒｉｓｌｅｙ邋ｗｅｄｇｅ逡逑／逦Ｐｏｌａｒｉｚｅｒｓ逡逑Ｒｉｓｌｅｙ邋ｗｅｄｇｅ逦Ｃｒ：Ｎｄ：ＹＡＧ邋ｓｌａｂ逡逑图１．１板条激光器谐振腔结构逡逑中科院上海光机所研制的月球轨道高度计［５］搭载于“嫦娥一号”飞入太空。使用ＬＤ逡逑泵浦电光调Ｑ激光器，通过加入直角棱镜来改善激光器的失调性，最后激光器输出能量逡逑１８３ｍＪ，电光效率１１％，脉宽为５．３ｎｓ，能量稳定性是％。激光器谐振腔结构如图１．２所逡逑示：逡逑２逡逑

输出激光脉冲能量为４０ｍＪ，波长为１０６４ｎｍ。这一激光高度计的工作状态很好，逡逑设计测量的高度是４００ｋｍ以内进行有效的工作，在实际情况中７８５ｋｍ仍能保持工作。逡逑图１．１表示激光器结构图。逡逑Ｌｉｔｈｉｕｍ邋ｎｉｏｂａｔｅ邋０．５７邋ｋ邋ｐｌａｔｅ逡逑ｐｏｌａｒｉｚｅｒｓ逦Ｑｓｗｉ，ｃｈ邋／逦Ｐｏｒｒｏ邋ｐｒｉｓｍ逡逑Ｓｔａｃｋｓ邋ｏｆ邋ｄｉｏｄｅ逦／逡逑ｌａｓｅｒｓ逦ｙ／逦／逡逑１／４邋Ｘ邋ｐｌａｔｅ邋＼逦逦邋Ｌ逡逑Ｐｏｒｒｏ邋ｐｒｉｓｍ逦＾逡逑Ｙ逦￣￣￣￣Ｒｉｓｌｅｙ邋ｗｅｄｇｅ逡逑／逦Ｐｏｌａｒｉｚｅｒｓ逡逑Ｒｉｓｌｅｙ邋ｗｅｄｇｅ逦Ｃｒ：Ｎｄ：ＹＡＧ邋ｓｌａｂ逡逑图１．１板条激光器谐振腔结构逡逑中科院上海光机所研制的月球轨道高度计［５］搭载于“嫦娥一号”飞入太空。使用ＬＤ逡逑泵浦电光调Ｑ激光器，通过加入直角棱镜来改善激光器的失调性，最后激光器输出能量逡逑１８３ｍＪ，电光效率１１％，脉宽为５．３ｎｓ，能量稳定性是％。激光器谐振腔结构如图１．２所逡逑示：逡逑２逡逑
【学位授予单位】：中国工程物理研究院
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TN248

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本文编号：2657345