多普勒激光雷达及其单纵模全固态激光器_陈卫标
第３７卷第１期红外与激光工程２００８年２月Ｖｏｌ．３７Ｎｏ．１ＩｎｆｒａｒｅｄａｎｄＬａｓｅｒＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＦｅｂ．２００８收稿日期：２００７－０４－２５；修订日期：２００７－０６－１０基金项目：国家８６３计划资助项目（２００６ＡＡ１２Ｚ１２６）作者简介：陈卫标（１９６９－），男，上海人，研究员，博士生导师，博士，主要从事激光、光电子、激光雷达及其在海洋、大气、空间的应用等研究。
Ｅｍａｉｌ：ｗｂｃｈｅｎ＠ｍａｉｌ．ｓｈｃｎｃ．ａｃ．ｃｎ多普勒激光雷达及其单纵模全固态激光器陈卫标，周军，刘继桥，朱小磊（中国科学院上海光学精密机械研究所，上海２０１８００）摘要：设计一套测量大气风场的多普勒激光雷达系统，以种子注入的单频、高重频、脉冲紫外全固态激光器为发射光源，采用两种直接探测技术获取高低空大气风场。
基于费索干涉仪（Ｆｉｚｅａｕ）的条纹图像技术获取边界层和低对流层大气风场，基于双法布里珀罗干涉仪（ＤＦＰ）的双边缘检测技术获取高对流层和低平流层风场。
研制的单频全固态激光器输出１００Ｈｚ、３０ｍＪ的单纵模脉冲激光，输出线宽达到傅里叶转换极限。
报道了测量原理和数值模拟结果、实验样机和系统技术参数。
系统将用于移动式高低空大气风场测量。
关键词：直接探测多普勒激光雷达；条纹图像；双边缘检测；种子注入中图分类号：ＴＮ９５８．９８文献标识码：Ａ文章编号：１００７－２２７６（２００８）０１－００５７－０４Ｄｏｐｐｌｅｒｌｉｄａｒａｎｄｉｔ′ｓａｌｌｓｏｌｉｄ!ｓｔａｔｅｓｉｎｇｌｅｆｒｅｑｕｅｎｃｙｌａｓｅｒＣＨＥＮＷｅｉ!ｂｉａｏ，ＺＨＯＵＪｕｎ，ＬＩＵＪｉ!ｑｉａｏ，ＺＨＵＸｉａｏ!ｌｅｉ（ＳｈａｎｇｈａｉＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＯｐｔｉｃｓａｎｄＦｉｎｅＭｅｃｈａｎｉｃｓ，ＣｈｉｎｅｓｅＡｃａｄｅｍｙｏｆＳｃｉｅｎｃｅｓ，Ｓｈａｎｇｈａｉ２０１８００，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：ＡＤｏｐｐｌｅｒｌｉｄａｒｗｉｔｈａｎｉｎｊｅｃｔｉｏｎ!ｓｅｅｄｉｎｇ，ｓｉｎｇｌｅｆｒｅｑｕｅｎｃｙ，ｈｉｇｈｒｅｐｅｔｉｔｉｏｎｒａｔｅ，ｐｕｌｓｅｄｕｌｔｒａｖｉｏｌｅｔｌａｓｅｒａｎｄｔｗｏｄｉｒｅｃｔ!ｄｅｔｅｃｔｉｏｎｍｅｔｈｏｄｓａｒｅｐｒｏｐｏｓｅｄｆｏｒｗｉｎｄｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ．Ｗｉｎｄｏｆｌｏｗｔｒｏｐｏｓｐｈｅｒｅａｎｄｂｏｕｎｄａｒｙｌａｙｅｒｉｓｏｂｔａｉｎｅｄｂｙｆｒｉｎｇｅ!ｉｍａｇｅｔｅｃｈｎｉｑｕｅｂａｓｅｄｏｎａＦｉｚｅａｕｉｎｔｅｒｆｅｒｏｍｅｔｅｒ，ａｎｄｗｉｎｄｏｆｈｉｇｈｅｒｔｒｏｐｏｓｐｈｅｒｅａｎｄｌｏｗｓｔｒａｔｏｓｐｈｅｒｅｉｓａｃｈｉｅｖｅｄｂｙｄｏｕｂｌｅ!ｅｄｇｅｔｅｃｈｎｉｑｕｅｂａｓｅｄｏｎｄｏｕｂｌｅＦＰｉｎｔｅｒｆｅｒｏｍｅｔｅｒｓ．Ｌａｓｅｒｏｕｔｐｕｔｓ３０ｍＪａｔ１００ＨｚｗｉｔｈａｌｉｎｅｗｉｄｔｈｏｆＦｏｕｒｉｅｒ!ｔｒａｎｓｆｅｒ!ｌｉｍｉｔａｔｉｏｎ．Ｐｒｉｎｃｉｐｌｅａｎｄｎｕｍｅｒｉｃａｌｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ，ｐｒｏｔｏｔｙｐｅａｎｄｐａｒａｍｅｔｅｒｓｏｆｓｙｓｔｅｍｗｉｌｌｂｅｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ．Ｔｈｅｓｙｓｔｅｍｉｓａｐｐｌｉｅｄｔｏｔｈｅｗｉｎｄｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｏｆｈｉｇｈａｎｄｌｏｗａｌｔｉｔｕｄｅ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：Ｄｉｒｅｃｔ!ｄｅｔｅｃｔｉｏｎＤｏｐｐｌｅｒｌｉｄａｒ；Ｆｒｉｎｇｅ!ｉｍａｇｅ；Ｄｏｕｂｌｅｅｄｇｅ!ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ；Ｉｎｊｅｃｔｉｏｎ!ｓｅｅｄｉｎｇ０引言多普勒激光雷达能够获得高空间和时间分辨率的大气风场，已被认为是精确测量全球三维风场的唯一有效手段［１］。
多普勒激光雷达主要包括相干探测和直接探测技术。
虽然相干探测激光雷达灵敏度和测量精度较高，但是相干探测只能利用大气中的气溶胶散射信号，因此测量范围和能力有限。
直接探测多普勒激光雷达技术相对相干技术来说存在一定的优势［２］。
其最主要的两种多普勒频移测量技术是边缘检测［３－５］和条纹图像［６］。
边缘检测常采用高分辨率的法－珀（ＦＰ）干涉仪［３－５］或者分子、原子［７］吸收线的翼作为鉴频器，其测量灵敏度依赖于分子和气溶胶的后向散射比和风速大小；条纹图像技术则是利用干涉条纹的移动直接测量多普勒频移，常用ＦＰ干涉仪，Ｍ!Ｚ干涉仪［８］和Ｆｉｚｅａｕ干涉仪［９］等。
ＭｃＧｉｌｌ等详细分析、比较了直接探测的两种测量技术，认为它们在风速测量精度上十分接近［１０］。
文中根据直接探测多普勒激光雷达的发展趋势和技术特点，综合利用上述两种技术，分别获取高低空大气风场信息。
红外与激光工程第３７卷１测量原理大气中气溶胶和分子在３５５ｎｍ散射光谱如图１所示。
在对流层和低的平流层风速动态范围大，分子浓度相对较大，采用了基于ＦＰ干涉仪的双边缘检测技术，两个ＦＰ干涉仪对称位于瑞利散射光谱两翼，如图１（ａ）所示，根据两个干涉仪信号比值的变化得到多普勒频移量获取风速。
在低大气层，气溶胶浓度大，采用了基于多光束Ｆｉｚｅａｕ干涉仪的条纹图像技术，从干涉条纹中心位置的变化反演风速，如图１（ｂ）所示。
图１大气后向散射光谱及双边缘检测和条纹图像技术原理Ｆｉｇ．１Ａｔｍｏｓｐｈｅｒｉｃｂａｃｋｓｃａｔｔｅｒｓｐｅｃｔｒａａｎｄｄｏｕｂｌｅｅｄｇｅ!ｄｅｔｅｃｔｉｏｎａｎｄｆｒｉｎｇｅｉｍａｇｅｔｅｃｈｎｉｑｕｅ根据上述测量原理，采用标准大气参数和正在研制的激光雷达系统参数，对两个干涉仪鉴频器系统的灵敏度和风速误差进行数值模拟。
图２表示两个鉴频器系统在不同风速测量动态范围下的风速测量灵敏度。
表１列出了雷达系统技术参数。
图２Ｆｉｚｅａｕ和ＤＦＰ光学鉴频器的风速测量灵敏度Ｆｉｇ．２ＶｅｌｏｃｉｔｙｓｅｎｓｉｔｉｖｉｔｙｂｙｄｉｓｃｒｉｍｉｎａｔｏｒｏｆＦｉｚｅａｕａｎｄＤＦＰ表１直接探测激光雷达系统技术参数Ｔａｂ．１ＳｐｅｃｉｆｉｃａｔｉｏｎｏｆＤｏｐｐｌｅｒｌｉｄａｒＦｉｚｅａｕ鉴频器系统（图２（ａ））测量灵敏度基本上保持不变，约为１．８％／ｍ・ｓ－１；而ＤＦＰ鉴频器系统（图２（ｂ））测量灵敏度随风速增加而降低，零风速时最大，约为０．３８２％／ｍ・ｓ－１，随着风速的增大，测量灵敏度降低。
图３（ａ）、（ｂ）分别为Ｆｉｚｅａｕ和ＤＦＰ两个鉴频器系统利用气溶胶和分子散射信号，测量低空和中高空大气的风速误差分布。
在３ｋｍ以下边界层，高度分辨率为１００ｍ，积分时间５ｓ，风速误差小于１ｍ／ｓ，能够满足风速测量的要求。
在２０ｋｍ以下的中高空，高度分辨率为５００ｍ，积分时间为２ｍｉｎ，风速测量误差小于３ｍ／ｓ，特别在１６ｋｍ内的对流层风速误差小于２ｍ／ｓ。
图３基于Ｆｉｚｅａｕ和ＤＦＰ鉴频器的水平风速误差Ｆｉｇ．３ＨｏｒｉｚｏｎｔａｌｅｒｒｏｒｏｆｗｉｎｄｓｐｅｅｄｂｙｄｉｓｃｒｉｍｉｎａｔｏｒｏｆＦｉｚｅａｕａｎｄＤＦＰＰａｒａｍｅｔｅｒＶａｌｕｅＬａｓｅｒｔｒａｎｓｍｉｔｔｅｒＷａｖｅｌｅｎｇｔｈ３５５ｎｍＰｕｌｓｅｅｎｅｒｇｙ～３０ｍＪＰｕｌｓｅｄｕｒａｔｉｏｎ１０～２０ｎｓＰＲＦ１００ＨｚＬａｓｅｒｌｉｎｅｗｉｄｔｈ＜２００ＭＨｚＳｐｅｃｔｒｕｍａｎａｌｙｚｅｒＦｉｚｅａｕＦＳＲ１ＧＨｚＦｉｚｅａｕｓｐｅｃｔｒｕｍｌｉｎｅｗｉｄｔｈ￣１００ＭＨｚＤＦＰＦＳＲ１２ＧＨｚＤＦＰｓｐｅｃｔｒｕｍｌｉｎｅｗｉｄｔｈ，ｉｎｔｅｒｖａｌ￣１．６ＧＨｚ，５ＧＨｚＤｅｔｅｃｔｏｒａｎｄｓｉｇｎａｌｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇＰＭＴｄｅｔｅｃｔｏｒＥＭＩ９２１４，３０％ＰＭＴａｒｒａｙＲ５９００!０!Ｌ１６，２０％Ｈｉｇｈａｌｔｉｔｕｄｅ（＞３ｋｍ）５０￣２００ｍ（ｔｕｎａｂｌｅ）Ｌｏｗａｌｔｉｔｕｄｅ（＜３ｋｍ）２００￣１０００ｍ（ｔｕｎａｂｌｅ）ＷｉｎｄｓｐｅｅｄｄｙｎａｍｉｃｒａｎｇｅＦｉｚｅａｕ±５０ｍ・ｓ－１ＤＦＰ±１００ｍ・ｓ－１５８第１期２紫外单频全固态脉冲激光器根据拟研制系统的技术要求，选择了种子注入的ＭＯＰＡ技术方案，采用ＫＴＰＩＩ类倍频、ＢＢＯＩ类和频实现３５５ｎｍ激光输出。
激光器的整体结构如图４所示。
图４单频全固态激光器整体结构Ｆｉｇ．４Ｄｉａｇｒａｍｏｆｓｉｎｇｌｅｆｒｅｑｕｅｎｃｙａｌｌｓｏｌｉｄ!ｓｔａｔｅｌａｓｅｒ种子激光器采用Ｉｎｎｏｌｉｇｈｔ公司生产的ＭｅｐｈｉｓｔｏＯＥＭ２００ＣＷＮＰＲＯＮｄ：ＹＡＧ激光器，具有１ｋＨｚ的线宽和２００ｍＷ的连续功率输出。
振荡级采用平－凸腔结构进行模式选择，保证输出为基横模，其中后腔镜为平镜，透射率￣３％，输出镜曲率半径为－３ｍ，透射率７０％。
振荡级采用"３×６８ｍｍ的Ｎｄ：ＹＡＧ晶体棒，由３６条７０ＷＬＤＡ阵列组从９个方向进行泵浦，单条ＬＤ阵列组的功率为６０Ｗ，泵浦头两端放置１／４波片消除空间烧孔效应。
为了提高系统的抗干扰能力，并实现１００％的单纵模几率，选择了谐振探测技术［１１］。
在每一个泵浦脉冲期间对从动腔腔长进行快速扫描并探测种子光经过从动腔之后产生的干涉信号，探测到干涉信号峰值即打开调Ｑ开关，激光器输出单纵模的调Ｑ脉冲。
采用上述腔结构和注入控制方案，得到了近衍射限的单纵模调Ｑ脉冲输出，激光器工作在１００Ｈｚ时单脉冲能量为２５ｍＪ，测得ｘ、ｙ方向的Ｍ２分别１．５８、１．４１。
放大级使用"５×８０ｍｍ的Ｎｄ：ＹＡＧ晶体棒，并采用与振荡级相同的九边形泵浦结构，由４５条ＬＤ阵列组进行泵浦，单条ＬＤ阵列组的功率为１００Ｗ。
振荡级输出的基频光经放大后，单脉冲能量由２５ｍＪ提高至１００ｍＪ。
放大后的基频激光经过ＩＩ类相位匹配的ＫＴＰ晶体进行倍频得到５３２ｎｍ的倍频激光输出，ＫＴＰ晶体尺寸为６ｍｍ×６ｍｍ×６ｍｍ，在ＫＴＰ晶体之后采用特殊波片将倍频光旋至合适的偏振方向，采用Ｉ类相位匹配的ＢＢＯ晶体对基频光和倍频光进行和频，得到３５５ｎｍ的三倍频激光输出，ＢＢＯ晶体尺寸为６ｍｍ×６ｍｍ×１０ｍｍ。
三次谐波变换之后得到１００Ｈｚ，２０ｍＪ的３５５ｎｍ紫外激光输出，将紫外激光通过自由光谱范围为１ＧＨｚ的Ｆｉｚｅａｕ干涉仪观察干涉图样，得到了清晰的干涉条纹，扫描Ｆｉｚｅａｕ干涉仪的腔长，并用ＰＩＮ管和数据采集卡观测干涉条纹的移动，经过数据拟合得到的条纹精细度约为５，可以确定３５５ｎｍ激光的线宽小于２００ＭＨｚ，能够满足测风激光雷达对激光线宽的要求。
３多普勒激光雷达系统直接探测多普勒激光雷达系统主要由４个部分组成：激光发射器，望远镜接收和光纤耦合系统，光谱分析接收系统，以及探测器和信号处理系统。
该雷达系统的结构如图５所示，单频激光扩束后，很小一部分激光（＜１％）由参考光纤引入光学鉴频器系统，作为零风速的参考光。
图５直接探测多普勒激光雷达系统结构Ｆｉｇ．５Ｓｅｔｕｐｏｆｄｉｒｅｃｔ!ｄｅｔｅｃｔｉｏｎＤｏｐｐｌｅｒｌｉｄａｒ大部分激光经望远镜扫描镜进入大气，望远镜接收激光大气散射信号光，由光纤耦合，进入光谱分析接收系统。
激光多普勒振动计用于水下声光通信
万 方数据
７０４
中
国
激
光
镜片结构，对光学器件的表面质量和光路校准要求 很高。随着光纤通信的发展，一系列光纤器件逐渐 成熟，采用光纤结构大大降低了对光学表面质量和 光路校准的要求，简化了光学结构，进而提高了系统
行混频，探测器输出差频△如，经过高通滤波消除
Ｒｅｓｐｏｎｓｅ（１５５０ ｎｍ）／（Ａ／Ｗ）
Ｂａｎｄ
蛎吼０
来分析，数据如图４（ｂ）所示，图中长时间尺度、单方 向的相位变化是由水面起伏引起的，短时间尺度的 高频相位变化是由声波引起的，综合的结果是相位
ｗｉｄｔｈ／ｇＨｚ
ｒａｔｅ／ＭＨｚ
Ａ／Ｄ
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Ｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎ／Ｂｉｔ
¨№＜ ＞＜印ｍ＜吼。如¨
Ｆｉｇ．５ Ｔｉｍｅ ｓｅｒｉｅｓ ｗａｖｅｆｏｒｍ ｏｆ ｗａｔｅｒ ｓｕｒｆａｃｅ ｖｉｂｒａｔｉｏｎ ｖｅｌｏｃｉｔｙ
ｆｉｂｅｒ
式中口为运动方向和观察方向的夹角，Ａ为激光波 长。可以通过相干检测的方法测量多普勒频移，从 而获得物体振动速度。
相干检测从方式上分为零差检测和外差检测，
零差检测是将频率厂ｓ的激光多普勒信号与频率，，
的本振激光进行混频，平衡探测器消除直流漂移，输
出差频ａｆＤ，鉴频后获得多普勒频移，原理图如图１ 所示。
ｐｒｅｓｓ
ｓｏｕｒｃｅ．Ｆｏｒ ｔｈｅ ａｃｏｕｓｔｉｃ ｂａｎｄ ｏｆ ３．５ ｋＨｚ ａｎｄ ７ ｋＨｚ ｕｓｅｄ ｉｎ ｕｎｄｅｒｗａｔｅｒ ｌｅｖｅｌ ｏｆ ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ ｒｅａｃｈｅｄ １４６．２ ｄＢ ａｎｄ １５０．８ ｄＢ ｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ ｌａｓｅｒ ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ；ｌａｓｅｒ Ｄｏｐｐｌｅｒ
相干多普勒测风激光雷达研究
ｔｏ ｏｐ ｅｅｌ ｅ ｓｄ ｖ ｌｐ ｄ Ｔｈ ｓｅ ｕ ｅ ｎｉｊｃｉｎｓｅ ｅ ｕｓｄＮｄＹＡ ｌｓｒ ｓｉ ｏ ｒｅ ｒｐ ｓ ｈ ｒ ｙ ｒ ａ ｗａ ｅ ｅ ｅ ． ｅ ｙｔｍ ｓｄａ ｅｔｏ —ｅｄ ｄｐ ｌｅ ： Ｇ ｅ ｓ ｕ ｃ ． ｏ ｓ ｎ ａ ａ ｔｓ
和 部 分 作为参 考 信 号，进 行相 应 的数 据分 析 ；
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图 ５ 硬 靶 速 度 校正 实验 （ 图 ，硬 靶 校 正外 差 相 干 信 号 ；右 图，速度 测量 值 与 实 际速 度 的对 比） 左
Ｔｈ ｏ ｒ ｅ ｈａ ｕ ｓ ｎ ｒ ｙ ｆ０ ５ ｍ Ｊ ａ ｄ ａ ｐｕ ｓ ｒ ｔｏ ｆ８ ｓ ｅ ｓ ｕ ｃ ｄ ａ ｐ ｌｅ ｅ ｅ ｇ ｏ ． ｎ ｌｅ ｄｕ ａ ｉ ｎ ｏ ０ ａ ．Ａ ｏ ａ ｉ ｎ ｗｈ ｅ ｔ ａ ｄ ｓ ａ ｃ ｒ ｔ ｔｏ ｅ ｌａ ｉｔ ｎ ｅ ０ ０ ｍ ｓ ｕ ｅ ｏ ｃ ｒ ｙ ｏ ｔ ａ ｈ ｒ — ａ ｇ ｔ ｓ ｅ ｄ ｃ ｌ ｒ ｔｏ ｘ ｅ ｉ ｎ ．Ｔｈ ｅ ｕ ｔ ｓ ｏ ｄ ｔ ａ ｈ ｆ４ ｗａ ｓ ｄ ｔ ａ ｒ ｕ ａ ｄ ｔ ｅ ｐ ｅ ａ ｉ ａ ｉ ｎ ｅ ｐ ｒ ｍｅ ｔ ｒ ｂ ｅ ｒ ｓ ｌ ｈ ｗｅ ｈ ｔ ｔ ｅ
文 章 编 号 ： １７—７５２ １）２００—５ ６２８８ （０２０ ０８ ０
相 干 多 普 勒 测 风 激 光 雷 达 研 究
竹孝 鹏 刘 继桥 刁伟 峰 毕德 仓 周 军 陈卫标
应用于全固态激光雷达的光学相控阵技术发展趋势与挑战
应用于全固态激光雷达的光学相控阵技术发展趋势与挑战张福领;苏杭;赵渊明;董光焰
【期刊名称】《电光系统》
【年(卷),期】2024()1
【摘要】应用于全固态激光雷达的光学相控阵是一种电控扫描的光束指向控制技术,具有宽视场、低功耗、轻量化的优异性能,在军事和民用领域发挥着越来越重要的作用。
文章首先介绍了光学相控阵基本工作原理;回顾了近年来基于不同材料光学相控阵的国内外研究进展,主要包括:光波导相控阵(如LiTaO3晶体、
GaAs/AIGaAs、PLZT电光陶瓷、Si等)和液晶光学相控阵;并对基于不同材料光学相控阵的优劣势进行对比分析;指出了研制高性能光学相控阵需要突破的关键技术;并给出了光学相控阵技术的发展趋势与挑战。
【总页数】8页(P5-12)
【作者】张福领;苏杭;赵渊明;董光焰
【作者单位】中国电子科技集团公司第二十七研究所;哈尔滨工业大学
【正文语种】中文
【中图分类】TN958.98
【相关文献】
1.光学相控阵和相控阵激光雷达技术
2.应用于激光雷达的光学相控阵技术
3.应用于激光雷达系统的光学相控阵技术研究进展
4.中科天芯发布国内首款光学相控阵技术固态激光雷达芯片A2
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机载激光测深系统中的精确海表测量
图 1 机载激光测深系统的测量几何示意图 Fig. 1 Geometric diagram of airborne laser bat hymetry
摘要 :讨论了机载激光海洋测深技术中采用红外激光测量海表的精度和探测概率 。首先介绍 了机载激光测深系统中红外激光测距的原理以及计算方法 ;分析了不同扫描角 、海况 (尤其是不同 风速) 下斜距的测量方法 、测量精度及对回波信噪比的影响 ,分析了在给定探测概率下甄别阈值的 选择以及探测概率和信噪比的关系 。最后用机载激光测深系统的参数对海表探测进行了数值模拟 和讨论 ,提出了改进措施 。
(4)
式 中 Pd ———探 测 概 率 ; S N R ———信 噪 比 ; TN R ———阈值噪声比 ;σs ———信号幅度起伏的均方 根 。阈值噪 声 比 可 以 根 据 虚 警 概 率 确 定 , TN R =
2 ln (2 R maxΔf n/ 3 cPfa) ,当虚警概率为 10 - 4 ,最大 作用距离为 600 m , 电子学带宽为 50 M Hz , TN R = 5. 3 时 ,则根据公式 (4) ,信号起伏大于 50 % ,探测概 率与信噪比的关系见图 3 。从图中看出 ,当信噪比大 于 50 时 ,探测概率可大于 97 %。
雪崩二极管探测器的噪声电流 ( In) 可用下式 表示 :
In =
2 eM 2 FB ( Pr R0 + Pb R0 + Id) + Ip2a + 4 k TB/ R (3)
不容易!激光三维成像雷达的低功耗和小型化研发
不容易！激光三维成像雷达的低功耗和小型化研发
中科院上海光机所陈卫标研究员课题组开展了基于高速伪随机码调制和单光子计数的激光三维成像雷达技术的研究。
这一技术兼顾了低峰值功率和高成像速度两方面，因而可以在不损失成像速度的情况下完成系统的低功耗化和小型化。
自激光问世以来，激光雷达技术迅速发展，三维成像激光雷达技术更是成为发展的主流。
传统的基于直接探测模式的三维成像雷达主要有两种工作方式：
一是采用高峰值功率的单脉冲激光进行飞行时间测距，这种方法需要能产生高峰值功率、窄脉宽脉冲激光的激光器，但是激光器研制成本高，难度大，且无法小型化。
二是采用时间相关单光子计数的方法，这种方法虽然可以在低峰值功率下工作，但需要较长的凝视时间来建立光子随时间的分布函数，因而严重影响成像速度。
图课题组部分成员合影。
基于单固体F—P标准具的双频率多普勒激光雷达研究
２ ．Ｓ ｃ ｈ ｏ ｏ ｌ ｏ ｆ Ｓ ｐ ａ ｃ ｅ ａ ｎ ｄ Ｅ ａ ｒ ｔ ｈ Ｓ ｃ ｉ ｅ ｎ ｃ ｅ ， Ｕｎ ｉ ｖ ｅ ｒ ｓ ｉ ｔ ｙ ｏ ｆ Ｓ ｃ ｉ ｅ ｎ ｃ ｅ ｎｄ ａ Ｔ ｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ ｇ ｙ ｏ ｆ Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ ， Ｈ ｅ ｆ ｅ ｉ ２ ３ ０ ０ ２ ６ ，Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ ）
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第４ ２卷 第 １ ｌ期
ＶＯ１ ． ４２ Ｎ Ｏ． １ ｌ
红 外 与 激 光 工程
Ｉ ｎ ｆ ｒ ａ ｒ ｅ ｄ ａ ｎ ｄ Ｌａ ｓ ｅ ｒ Ｅ ｎ ｇ ｉ ｎ ｅ ｅ ｒ ｉ ｎ ｇ
２ ０ １ ３年 １ １月
ＮＯ Ｖ． ２ ０ １ ３
基 于 单 固体 Ｆ — Ｐ标 准具 的双频 率 多普 勒 激 光 雷达 研 究
Ｓ ｉ ｎ ｇ ｌ ｅ ｓ ｏ ｌ ｉ ｄ Ｆ－ Ｐ ｅ ｔ ａ ｌ ｏ ｎ －ｂ ａ ｓ ｅ ｄ ｄ ｕａ ｌ － ｆ ｒ ｅ ｑ ｕ ｅ ｎ ｃ ｙ Ｄｏ ｐ ｐ ｌ ｅ ｒ ｌ ｉ ｄ ａ ｒ
2_m激光二极管侧面泵浦种子注入固体激光器
第40卷第8期红外与激光工程2011年8月Vol.40No.8Infrared and Laser Engineering Aug.20112μm激光二极管侧面泵浦种子注入固体激光器舒仕江，余婷，臧华国，刘丹，侯霞，陈卫标(中国科学院上海光机所上海市全固态激光器与应用技术重点实验室，上海201800)摘要：报道了一套2μm全固体激光主振荡-功率放大(MOPA)系统。
该系统包括4个组成部分：一台用作单频种子源的可调谐单纵模连续波激光器、一台作为系统主振荡器且具有四镜环形腔结构的激光二极管侧面泵浦声光调Q激光器、一台激光放大器以及相应的注入控制电路。
单频种子激光器采用带尾纤的激光二极管进行端面泵浦，具有线性腔结构，腔内利用两片标准具来实现激光器的单纵模输出和波长的粗调。
主振荡器的单频运转通过种子注入的方式实现。
采用ramp-fire技术来保证脉冲激光器腔谐振与种子源波长的匹配。
主振荡器输出的激光脉冲经过单程放大后，单脉冲能量达到100mJ，脉宽约为100ns，重复频率为5Hz。
该套系统可用作相干多普勒测风激光雷达的发射源。
关键词：固体激光器；声光调Q；种子注入中图分类号：TN248.1文献标志码：A文章编号：1007-2276(2011)08-1442-062μm diode-side-pumped injection-seeded solid-state laserShu Shijiang,Yu Ting,Zang Huaguo,Liu Dan,Hou Xia,Chen Weibiao(Shanghai Key Laboratory of All Solid-state Laser and Applied Techniques,Shanghai Institute of Optics and Fine Mechanics,Chinese Academy of Sciences,Shanghai201800,China)Abstract:A2μm all-solid-state laser system in a master-oscillator-power-amplifier(MOPA)system was demonstrated.This system contained four main parts:a tunable single-longitudinal-mode continuous-wave laser used as the single-frequency injection seed source,a diode-side-pumped AO Q-switched laser obtained in a ring resonator used as the main oscillator,a laser amplifier and the corresponding injection control circuits.The injection-seeding laser was end-pumped by a fiber coupled diode laser and had a linear resonator in which two etalons were used to select a single longitudinal mode and to provide coarse tuning of wavelength.Single-longitudinal-mode Q-switched pulse was achieved by the injection-seeding process.To ensure the pulse laser cavity resonance matched the wavelength of the injection-seed source, ramp-fire technique was used.After single-pass amplification,the pulse energy was amplified to100mJ with100ns pulse width at the repetition rate of5Hz.This system can be used as a coherent Doppler wind lidar transmitter.Key words:solid-state laser;AO Q-switch;injection seeding收稿日期：2011-04-10；修订日期：2011-05-27基金项目：中国科学院重大项目作者简介：舒仕江(1984-)，男，博士生，主要从事固体激光技术方面的研究工作。
全固态激光技术在航天领域的应用_施翔春
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激 光 发 射 单 元 ’79E(包 括 两 台 独 立 的 激 光 器 !两 台激光器互为备份!以保证一台激光器失效时整个系 统仍能正常工作!但由于功耗的原因!两台激光器不 能 同 时 工 作 $ 激 光 器 采 用 的 是 闪 光 灯 泵 浦 的 调 F"GAH #$% 激 光 器 ! 激 光 器 为 振 荡 I 放 大 结 构 ! 由 振 荡 器 和 两 级 放 大 器 组 成 ! 采 用 -JK$ 和 LJKM 晶 体 实 现 二 倍 频和三倍频$ 激光器设计的核心在于适应太空环境的 挑战!所有的光学元件"电子器件"机械结构以及热控 系统均放置在同一个密封的容器中!以减小各个部件 之间的温度差)所有的光学元件包括激光棒"闪光灯" MB>50N/ 盒 " 谐 波 产 生 晶 体 等 都 以 一 种 坚 固 " 可 调 整 并 可以锁定的结构安装在一个内部蜂窝状的铝制光具 座上$ 失重环境下!弹簧结构是必须尽量避免的$ 另 外!系统设计时!对于失重条件可能对光路准直"冷却 液的流动"热对流等等产生的影响都加以考虑$
2μm单纵模全固态脉冲激光技术研究进展(封面文章·特邀)
2μm单纵模全固态脉冲激光技术研究进展(封面文章特邀)颜秉政;穆西魁;安嘉硕;齐瑶瑶;丁洁;白振旭;王雨雷;吕志伟【期刊名称】《红外与激光工程》【年(卷),期】2024(53)2【摘要】2μm激光属于人眼安全波段,具有高大气透过率和水吸收特性,能覆盖CO_(2)等温室气体的吸收峰,因此在大气环境监测、光通信、激光雷达、材料加工、医疗手术等领域有广泛应用。
其中,单纵模运转的全固态2μm脉冲激光器以其高稳定性、窄线宽和优良的光束质量等优势,可作为多普勒测风、相干差分吸收等激光雷达应用的优质光源,在工业、国防和科研等领域具有重要意义。
目前,实现2μm激光输出的主要方法有光参量技术和直接泵浦法。
相比光参量技术,直接泵浦法更具高效率、可调节性和集成性等优点,已成为2μm全固态激光的主流方式。
文中总结了常用的2μm固体激光增益介质,分析了空间结构振荡器单纵模选择的原理和特点,综述了2μm单纵模全固态脉冲激光的研究进展,并对不同结构激光器的输出特性进行了比较,最后对2μm单纵模全固态脉冲激光的发展前景进行了展望。
【总页数】16页(P1-16)【作者】颜秉政;穆西魁;安嘉硕;齐瑶瑶;丁洁;白振旭;王雨雷;吕志伟【作者单位】河北工业大学先进激光技术研究中心;河北省先进激光技术与装备重点实验室【正文语种】中文【中图分类】TN248.1【相关文献】1.单纵模调Q脉冲光纤激光器研究进展2.高功率克尔透镜锁模掺镱全固态激光器研究进展(特邀)3.被动锁模超短脉冲光纤激光器研究进展(特邀)4.全固态单频连续波宽调谐钛宝石激光器研究进展(特邀)5.单纵模激光器强度噪声抑制技术研究进展因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
舰船尾流激光后向散射特性研究_王向伟
第30卷 第1期光 学 学 报V ol .30,N o .12010年1月ACTA OPTICA SINICAJanuary ,2010 文章编号:0253-2239(2010)01-0014-05舰船尾流激光后向散射特性研究王向伟 周田华 陈卫标(中国科学院上海光学精密机械研究所,上海201800)摘要 根据尾流气泡群的密度随深度和时间的变化规律以及尾流气泡的浮升运动规律,建立了一种尾流气泡分布模型。
基于单个气泡的米氏散射理论,利用多层介质蒙特卡罗模拟方法,对I ,I A ,IB 类海水下的尾流气泡激光后向散射特性进行了模拟。
对激光发射深度分别位于海面以下20m 和30m 处,综合考虑浮游植物影响的散射结果进行了分析。
结果表明,沿尾流纵向,由尾流远区到舰船尾流中心区的激光后向散射逐渐增强;海水中浮游植物对后向散射光有显著影响。
同时也证明了可利用尾流气泡群的激光后向散射做为鱼雷的引信。
关键词 散射;舰船尾流;蒙特卡罗方法;气泡群;浮游植物中图分类号 O436 文献标识码 A do i :10.3788/AO S 20103001.0014Study on Laser Backscattering Properties by Ship WakesWang Xiangwei Zho u T ianhua Chen Weibiao(S hanghai Instit ut e of Optics and Fine Mechanics ,Chinese Academy of Sciences ,Shanghai 201800,China )Abstract Preliminary bubble distribution m odel of ship wake is presented according to the law of bubbles densityvarying with time and depth ,and bubble m otion .The laser backscattering properties of air bubbles of the ship wakes under I ,IA ,I B -type seawater are numerica lly simulated with the multilayer Monte Carlo method and Mie sc attering theory .Different results under 20m and 30m depth with the effect of phytoplankton are analyzed .Sim ulation result shows the light ba cksc attering of ship wakes is increased a long the ship stern from far to center ;and the backscattering is influenced by phytoplankton in ocean obviously .Results show that the laser bac ksc attering of bubbles of the ship wakes c an be used as a fuse of torpedo .Key wo rds scattering ;ship wake ;Monte Carlo method ;bubbles ;phytoplankton 收稿日期:2008-12-16;收到修改稿日期:2009-04-12作者简介:王向伟(1984—),男,硕士研究生,主要从事舰船尾流激光散射特性方面的研究。