光电倍增管在直接探测激光雷达中的应用研究

在高层大气探测中,直接探测多普勒激光雷达具有比较优势.总结了直接探测激光雷达作用距离方程,分析了大气溶胶与大气分子散射、消光作用对激光传输的影响,利用Kolmogorov湍流模型估算大气湍流对回波信号的衰减.比较了没有对回波信号放大和用光电倍增管探测时所需发射脉冲的能量,仿真结果显示光电倍增管用于直接探测激光雷达,很好地抑制了探测器中的热噪声,改善了系统的性能,探测灵敏度提高了25.54 dB.     

一种大尺寸微通道板型光电倍增管

针对高能物理、核物理等国家大科学装置对核心探测器件的需求,研究不同于金属打拿极型倍增系统的大尺寸微通道板型光电倍增管。该光电倍增管最主要的特点是具有20 in（1 in=2.54 cm）的低本底玻壳和微通道板型倍增极结构,使用Sb-K-Cs阴极作为光电转换阴极,该阴极对350~450 nm波段光子的量子效率高,倍增极采用两片微通道板,在电压比较低的情况下可实现107的倍增能力,从而提高了光电倍增管的探测效率和单光子探测能力。与传统的金属打拿极型光电倍增管相比,20 in微通道板型光电倍增管是一种全新的产品结构,具有单光子峰谷比高、本底低、响应时间快、后脉冲比例小等特点。     

脉冲累积法激光雷达中光电器件二值化特性的应用研究

介绍了一种脉冲累积法激光雷达方案及其模拟实验系统.主要就方案需要的二值化特性光电器件进行研究,理论上分析了二值化光增强器件对脉冲累积法成像激光雷达系统的探测距离、被测目标范围和探测稳定性的作用,分析了脉冲累积成像激光雷达系统所需的二值化光增强器理论模型.实验利用光电倍增管实现了单路二值化光电器件的构建,并给出其特性曲线.利用脉冲累积法激光雷达模拟实验系统初步验证了二值化特性对于脉冲累积成像激光雷达实验系统的测距稳定性的改善作用.     

机载激光测深光电倍增管变增益探测方法

对机载激光探测海水深度的大动态范围信号,提出了使用光电倍增管变增益探测方法来压缩其动态范围。给出了GDB333,GDB49,R1333光电倍增管增益控制特性,压缩信号动态范围达2.5×104倍,满足了机载激光测深系统的要求。使用光电倍增管变增益探测方法探测到的海底回波,也在文中进行了报道。     

基于光学小波滤波和FBG技术的分布式加速度测量系统

文中提出了一种声发射波振动加速度测量系统。系统中利用分布式高性能光纤光栅 振动加速度测量探头,采用连续波调频、波分复用、时分复用技术,并设计光学小波滤波器,有效地改善非平衡、非线性光学信号的干扰,从而实现声发射波振动加速度的分布测量。加速度测量范围为4. 3m/ s2～340m/ s2 ;频响范围为准静态～1000Hz ;分辨率为7. 5 ×10 - 7nm/ Hz 。     

高输出、宽线性光电倍增管的原理和研制技术

近年来随着世界各国高能物理技术的发展。对探测用光电倍增管的脉冲线性电流性能要求越来越高。国外已有一种能够输出1．5A以上脉冲线性电流的光电倍增管。目前国内普通的光电倍增管只能够输出100mA的脉冲线性电流。本文结合作者多年来研制该种光电倍增管的经验，力求从理论上介绍该种光电倍增管的工作原理和研制技术途径。     

基于微通道板光电倍增管性能研究

近年来,微通道板光电倍增管(MCP-PMT)是指以微通道板为电子倍增系统的光电倍增管,与传统的静电聚焦打拿极相比,在结构上使得电子从光电阴极到阳极的距离大大减小,加上微通道板的电子倍增特性等优点,使该种光电倍增管在较多领域得到了广泛应用,研究其性能,对于设计、制造高性能的微通道板光电倍增管具有指导意义.基于这种情况,本文简要介绍了光电倍增管的国内外研究现状,并对两者进行了对比分析,对基于微通道板光电倍增管的结构及工作原理进行了叙述,然后对光电倍增管的响应性能、抗电磁场性能、增益性能和暗电流性能进行了研究,从而为关注这一话题的研究人员提供理论依据.     

光电子起伏对脉冲激光测距的影响

以人造卫星或月球等天体为对象的远程测距用脉冲激光雷达,必须处理微弱的接收光。本文论述了处理这种微光的激光雷达,在以光电倍增管作为接收器时,光电子起伏对测距精度的影响。还以探测门限为前提,推导出了表现光电子倍增管输出起伏为泊松分布时所产生的测距误差之标准误差公式。根据日本东京天文台人造卫星观测数据来看,精度大约是两米(仅限于采用本文所举之系统参数者)。     

折反射共光路多谱段激光雷达光学系统设计

激光雷达不仅可用于分析目标光谱特性,还能够获取空间目标方位、距离、三维形貌及运动特征。常规激光雷达测量的目标特征单一,难以同时具备以上所有的探测能力。针对激光雷达的多种功能需求,设计了一种同时具备以上多种测量能力的激光雷达,采用发射/接收共光路系统结构形式,极大地简化了光学系统结构,光学系统为特殊的折反射结构,在仅使用两种光学材料的情况下即可实现400~1400nm宽波段的发射与接收。为实现多谱段探测,激光光源采用光参量振荡器单脉冲可调谐激光器,光谱调节范围覆盖整个探测波段。激光发射系统的激光等效扩束比达到12.6,单色回波接收系统等效F数为8,采用光电倍增管,20μm内的径向能量接近100%。为满足对目标的跟踪与精细结构测量,在共光路的基础上,加入可见光接收系统,使多谱段激光雷达还具备可见光成像能力,可见光接收系统全视场为1.6°,所设计的调制传递函数在37lp·mm-1处优于0.5。系统各项设计指标满足探测需求。     

固体脉冲激光测距中的光电探测研究

在固体脉冲激光测距中,采用光电倍增管作为探测器件应从概率接收角度来研究接收系统的探测能力。本文重点讨论了匹配接收情况下,光电倍增管量子效率、接收孔径面积、接收视场角、干涉滤光片带宽、距离选通等和探测能力的关系。结合具体接收参     

微脉冲差分吸收激光雷达CO2探测性能研究

为了研究差分吸收激光雷达低空CO2浓度探测效率,分析了探测系统的原理与信噪比,采用近红外微脉冲激光雷达进行了仿真实验,当激光脉冲能量为20μJ、重复频率为10kHz时,推算出信噪比、所需积累时间与探测距离的关系。在不考虑背景噪声情况下(夜间工作),可进行4.5km以下CO2气体浓度的探测;考虑背景噪声情况下(白天工作),只能探测2.4km以下的CO2气体浓度。结果表明,选择夜间探测和更好的探测器件可以提高探测距离。     

多波束激光雷达的高精度收发配准方法的实验验证

针对三维成像多波束激光雷达系统微弧度量级激光发散角和多元并行收发条件下极高配准精度要求,进行了收发配准技术的研究和验证。提出了多波束激光雷达系统收发配准的方法,实现了一套基于光纤光学的收发光学系统分离的高精度收发光学系统;发射激光的单元发散角达到了近衍射极限的20 rad,接收视场达到60 rad,实现了1 064 nm近红外波段51元的线列并行收发,收发配准精度达到10 rad以下。实验验证结果显示,该收发配准的方法具有较好的可行性,配准的精度能达到理论分析要求。经过温度等环境因素的分析,系统在一定的温度范围内具有较好的稳定性,该温度范围较易控制,能够满足多波束激光雷达系统的工程应用要求。     

基于ICCD的机载海洋荧光激光雷达模拟研究

机载海洋荧光激光雷达是最有效的海洋环境监测手段之一, 世界上许多国家发展了机载海洋荧光激光雷达系统,并成功的应用于业务化测量。根据国际机载荧光激光雷达系统发展趋势,本文对基于512通道ICCD的机载海洋荧光激光雷达系统进行了实验室实验模拟和计算,对其可行性进行了评估。本文采用单脉冲能量70uJ的355nm Nd:YAG激光器作为激发光源,直径100mm,的透镜收集探测距离5米远荧光信号,信号具有较好信噪比。模拟计算表明,对于同样基于ICCD探测的机载海洋激光雷达,采用20Hz、单脉冲能量80mJ的激光器和200mm口径望远镜在150米探测距离可获得与实验室相当的结果。     

激光主动成像雷达CO2激光器研究

介绍了用于激光主动成像雷达的射频激励小型波导CO2 激光器 (主振激光器和本振激光器 )的设计和实验结果。主要实验结果为 :主振激光器调Q频率 4 1 6 7kHz,脉冲宽度 (FWHM) 15 0ns ,峰值功率 36 0W ,本振激光器连续输出功率 3 0 5W ,主振、本振激光器输出激光模式EH1 1 ,短期稳频度 1 76× 10 - 8,长期稳定P2 0支输出     

PSoC在光纤陀螺脉冲输出采集中的应用

针对光纤陀螺脉冲输出采集范围小、精度低、外围电路复杂等问题,提出了一种基于PSoC芯片的脉冲采集系统。与传统的单片机相比,PSoC芯片最大程度地实现了系统单片化的目标,在保证以更简便方式实现更多更灵活功能和具备较高性能的前提下,达到了极高性价比。系统以PSoC芯片CY29666-24PVXI为核心器件,以改进的无缝计数法为理论基础,实现了光纤陀螺脉冲输出的高精度采集。实验结果表明,该系统的测试范围能够达到0.1 Hz~1MHz,误差小于1.0×10-4,满足了实际脉冲采集的要求。     

LD抽运的Cr4+:YAG被动调Q Nd:YAG激光器

研究了不同谐振腔下不同透射率的Cr4+:YAG调Q的激光输出特性.采用透射率为82%的Cr4+:YAG,在抽运功率1.1 W时,激光重复频率小于3 kHz,单脉冲能量达20 μJ,可以作为微脉冲激光雷达的发射光源.分析和比较了实验结果和理论计算,两者吻合较好.     

单端光纤耦合的声光调Q全光纤化光纤激光器

实现了一种单端光纤耦合的高重复频率、窄脉冲、窄线宽及高效率的主动声光调Q全光纤脉冲光纤激光器。该光纤激光器基于光纤光栅与平面镜组合而成的线性法布里-珀罗(F-P)腔结构,采用激光二极管与(2+1)×1抽运耦合器形成后向抽运,并利用单端光纤耦合声光调制器(AOM)实现了全光纤化结构的脉冲掺镱双包层光纤激光器。调Q声光开关工作在一级方向,反向输出调Q脉冲,重复频率20～100kHz可调。在重复频率50kHz、抽运功率5.7W下系统获得了输出激光功率2.64W、单脉冲能量528μJ、脉宽56ns、峰值功率943W的稳定的高效率、窄线宽的窄脉冲,中心波长在1080nm左右,线宽为0.06nm,光-光转换效率高达46%。     

一种高效超高消光比的FAOM级联模块

该文理论分析了影响光纤声光调制器消光比的主要因素。通过采用双器件级联和电路延时可调方案,得到了光脉冲上升时间和下降时间＜10 ns,消光比＞100 dB,脉冲利用率＞97%的高效超高消光比光纤声光调制器(FAOM)模块。采用该模块在激光测风雷达系统中实现了4 800 m的风速风向测量。结果表明,该文采用的设计方法在提高FAOM消光比的同时能够有效控制脉冲利用率,对于基于激光相干探测的测量系统性能提高有一定的促进作用。     

人眼安全高重频窄脉宽单模全光纤激光器特性研究

介绍了基于主振荡功率放大结构的人眼安全全光纤激光器.首先对比了电光调制及直接调制产生的种子激光在百kHz重复频率、纳秒级脉冲宽度的激光放大器中优缺点,综合系统需求选择直接调制方式;之后对窄脉冲单模放大中出现的脉冲分裂现象进行了研究,选用10 m纤芯的双包层铒镱共掺光纤,仅通过两级放大即获得了1 550 nm,重复频率为200 kHz,脉冲宽度为4.07 ns,峰值功率为1.02 kW的单模激光输出.具有结构紧凑、稳定可靠的特点,可用于三维视频激光雷达.     

基于单固体F-P标准具的双频率多普勒激光雷达研究

提出了基于单固体Fabry-Perot（F-P）标准具的双频率多普勒激光雷达技术。介绍了系统结构,并分析了系统的风场探测原理。根据探测指标要求,对系统各单元参数,特别是F-P标准具参数进行了详细的优化设计。利用得到的优化参数对雷达系统的探测性能进行了仿真。仿真结果表明:采用100 mm口径的望远镜和脉冲能量50 J、重复频率6 kHz的半导体激光器,在发射激光仰角60、距离分辨率60 m和脉冲累计时间1 min的情况下,晴天时,系统在3 km高度处的径向风速误差小于0.75 m/s;有薄雾时,系统在1.5 km高度处的径向风速误差小于0.58 m/s。在发射激光仰角8、距离分辨率60 m和脉冲累积时间10 s的情况下,不同的能见度天气时,系统在4 km处的径向风速误差都小于1 m/s。