發(fā)布時間：2020-05-10 13:05

【摘要】：在機載激光測距、激光指示、激光制導等應(yīng)用中,激光器需要在-50℃～+60℃寬溫度范圍內(nèi)工作,在較強振動、沖擊環(huán)境中運行,對激光器的可靠性等提出了很高的要求�，F(xiàn)有的激光產(chǎn)品和裝備的實際性能與應(yīng)用需求之間還存在較大差距,主要體現(xiàn)在在振動和沖擊環(huán)境中性能逐漸下降,在高溫環(huán)境下難以持續(xù)工作等方面。本論文擬針對這些問題,開展研究工作。論文分析了當前國內(nèi)外測距激光器技術(shù)的研究和發(fā)展現(xiàn)狀,針對機載激光測距應(yīng)用,分析了提高激光器抗振動性能的基本技術(shù),設(shè)計了折疊式角錐棱鏡電光調(diào)QNd:YAG激光器。依據(jù)調(diào)Q理論及速率方程設(shè)計優(yōu)化了激光器基本參數(shù),結(jié)合角錐棱鏡的后向反射特性和相位延遲特性,研究角錐棱鏡腔的偏振態(tài)特性,設(shè)計電光調(diào)Q折疊式角錐棱鏡諧振腔方案,研制了機載測距激光器樣機;按照國軍標GJB150.16-1986和GJB150.18-1986開展了機載振動和沖擊環(huán)境考核試驗。在電流110A時,重復頻率20Hz,出光100s內(nèi),振動和沖擊實驗前能量平均值是107.6mJ,振動和沖擊實驗后能量平均值是105.6 mJ,實驗前后能量相差2mJ,能量變化3.86%。為了進一步減小激光器體積、減輕激光器重量,研究和設(shè)計小型被動調(diào)Q激光器。根據(jù)被動調(diào)Q優(yōu)化理論及速率方程求解,優(yōu)化了 YAG激光棒參數(shù)、調(diào)Q晶體初始透過率、輸出鏡反射率等參數(shù),設(shè)計了正支凹凸非穩(wěn)腔。針對被動調(diào)Q激光器普遍存在的出光不穩(wěn)定問題,分析了出光不穩(wěn)定現(xiàn)象的原因,研究了增益預泵浦技術(shù)。設(shè)計了被動調(diào)Q激光器樣機,開展了預泵浦技術(shù)實驗研究,當?shù)谝粋�臺階電流130A,泵浦脈寬220,第二個臺階電流為180A,泵浦脈寬30,獲得能量平均值79.13mJ,脈寬9.8ns的脈沖輸出,出光時間抖動最大值不超過3。為了使激光器能夠在-50 ℃～60℃寬溫度環(huán)境下正常工作,開展了激光器溫控技術(shù)的研究。使用半導體制冷器制冷,陶瓷加熱片加熱方案,通過數(shù)值仿真進行了參數(shù)優(yōu)化,完成底板、肋片、制冷片等參數(shù)優(yōu)化,完成散熱器模塊設(shè)計。在高低溫試驗箱中對折疊式角錐棱鏡電光調(diào)Q激光器進行了高溫環(huán)境考核試驗。常溫下110A電流、20Hz重頻,激光能量平均值為83.24mJ,60℃高溫環(huán)境下,平均能量為88.84mJ。60℃高溫下,連續(xù)工作30min性能穩(wěn)定。
【圖文】：

輸出激光脈沖能量為４０ｍＪ，波長為１０６４ｎｍ。這一激光高度計的工作狀態(tài)很好，逡逑設(shè)計測量的高度是４００ｋｍ以內(nèi)進行有效的工作，在實際情況中７８５ｋｍ仍能保持工作。逡逑圖１．１表示激光器結(jié)構(gòu)圖。逡逑Ｌｉｔｈｉｕｍ邋ｎｉｏｂａｔｅ邋０．５７邋ｋ邋ｐｌａｔｅ逡逑ｐｏｌａｒｉｚｅｒｓ邐Ｑｓｗｉ，ｃｈ邋／邐Ｐｏｒｒｏ邋ｐｒｉｓｍ逡逑Ｓｔａｃｋｓ邋ｏｆ邋ｄｉｏｄｅ邐／逡逑ｌａｓｅｒｓ邐ｙ／邐／逡逑１／４邋Ｘ邋ｐｌａｔｅ邋＼邐邐邋Ｌ逡逑Ｐｏｒｒｏ邋ｐｒｉｓｍ邐＾逡逑Ｙ邐￣￣￣￣Ｒｉｓｌｅｙ邋ｗｅｄｇｅ逡逑／邐Ｐｏｌａｒｉｚｅｒｓ逡逑Ｒｉｓｌｅｙ邋ｗｅｄｇｅ邐Ｃｒ：Ｎｄ：ＹＡＧ邋ｓｌａｂ逡逑圖１．１板條激光器諧振腔結(jié)構(gòu)逡逑中科院上海光機所研制的月球軌道高度計［５］搭載于“嫦娥一號”飛入太空。使用ＬＤ逡逑泵浦電光調(diào)Ｑ激光器，通過加入直角棱鏡來改善激光器的失調(diào)性，最后激光器輸出能量逡逑１８３ｍＪ，電光效率１１％，脈寬為５．３ｎｓ，能量穩(wěn)定性是％。激光器諧振腔結(jié)構(gòu)如圖１．２所逡逑示：逡逑２逡逑

輸出激光脈沖能量為４０ｍＪ，波長為１０６４ｎｍ。這一激光高度計的工作狀態(tài)很好，逡逑設(shè)計測量的高度是４００ｋｍ以內(nèi)進行有效的工作，在實際情況中７８５ｋｍ仍能保持工作。逡逑圖１．１表示激光器結(jié)構(gòu)圖。逡逑Ｌｉｔｈｉｕｍ邋ｎｉｏｂａｔｅ邋０．５７邋ｋ邋ｐｌａｔｅ逡逑ｐｏｌａｒｉｚｅｒｓ邐Ｑｓｗｉ，ｃｈ邋／邐Ｐｏｒｒｏ邋ｐｒｉｓｍ逡逑Ｓｔａｃｋｓ邋ｏｆ邋ｄｉｏｄｅ邐／逡逑ｌａｓｅｒｓ邐ｙ／邐／逡逑１／４邋Ｘ邋ｐｌａｔｅ邋＼邐邐邋Ｌ逡逑Ｐｏｒｒｏ邋ｐｒｉｓｍ邐＾逡逑Ｙ邐￣￣￣￣Ｒｉｓｌｅｙ邋ｗｅｄｇｅ逡逑／邐Ｐｏｌａｒｉｚｅｒｓ逡逑Ｒｉｓｌｅｙ邋ｗｅｄｇｅ邐Ｃｒ：Ｎｄ：ＹＡＧ邋ｓｌａｂ逡逑圖１．１板條激光器諧振腔結(jié)構(gòu)逡逑中科院上海光機所研制的月球軌道高度計［５］搭載于“嫦娥一號”飛入太空。使用ＬＤ逡逑泵浦電光調(diào)Ｑ激光器，通過加入直角棱鏡來改善激光器的失調(diào)性，最后激光器輸出能量逡逑１８３ｍＪ，電光效率１１％，脈寬為５．３ｎｓ，能量穩(wěn)定性是％。激光器諧振腔結(jié)構(gòu)如圖１．２所逡逑示：逡逑２逡逑
【學位授予單位】：中國工程物理研究院
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：TN248

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