陶瓷多通道折叠射频波导稳频脉冲CO2激光器研究

为了研究可用于红外激光外差成像雷达、由腔倒空脉冲工作模式的主振激光器和处于连续工作模式的本振激光器组成的射频波导稳频脉冲 CO2激光器,采用输出端腔外准折叠和主、本振全反射端共用同一块原刻闪耀光栅的方法,分别缩短了器件的长度和提高了主、本振激光器的外差频率稳定性。通过调节CdTe调制器上的高压脉冲下降沿时间,可以使主振得到宽脉冲的腔倒空激光输出,本振通过插入压电陶瓷来实现系统的外差中频信号的偏频锁定。主振在腔倒空模式下工作重频可达到70kHz,得到脉冲峰值功率达到2.5kW（脉宽约为30ns）、主本振外差中频（120MHz）频率漂移在短期内小于1MHz 的结果。结果表明,研制的激光系统可以满足外差成像雷达系统的特殊要求。     

脉宽可控的腔倒空射频波导CO2激光器

为了得到脉宽可控的腔倒空射频波导CO2激光器,采用了在陶瓷板上直接开波导槽的方法,构成了多通道Z折叠主本振激光器结构,并在主振波导进行CdTe电光晶体腔内调Q。在理论上计算了加载在CdTe上的高压脉冲下降时间的长短对腔倒空激光脉冲宽度的影响,并通过对高压脉冲电源等效负载参数的调整,得到了脉冲宽度可控的高重频腔倒空激光脉冲。在20kHz,40kHz,65kHz及70kHz的重频工作下,得到了半峰全宽约30ns、峰值功率在2kW以上的腔倒空激光脉冲。结果表明,这种新型腔倒空射频波导CO2激光器满足激光外差成像雷达系统参数要求。     

采用小孔等离子体开关实现TE CO2激光窄脉冲整形

典型的TE CO2激光脉冲,通常由高功率窄脉冲（100 ns）和低功率长拖尾部分（3~5 s）组成。采用一种简单的小孔等离子体开关技术可以实现对低功率长拖尾部分的有效吸收和散射,保留需要的高功率窄脉冲前沿部分,达到激光脉冲压缩和整形目的。详细研究了小孔位于不同离焦距离时整形激光脉冲波形的变化,获得了整形激光脉宽、能量与离焦距离的变化关系,实现了50~110 ns的窄脉冲CO2激光输出。进一步研究发现,小孔等离子体开关的使用寿命主要由激光脉冲能量、重复频率、整形脉冲宽度决定。通过该技术实现的窄脉冲CO2激光可以用于极紫外光刻等离子体光源、激光雷达等领域的研究。     

窄脉冲相干激光雷达偏频锁定系统实验研究

偏频锁定技术广泛应用于激光的外差探测、激光雷达等方面,具有重要应用价值。介绍了自行设计的适用于窄脉冲激光外差信号的偏频锁定控制系统的工作原理,并进行了偏频锁定实验研究,分析了影响本系统鉴频正确性的因素。结果表明对中心频率为80MHz、脉冲宽度约为40ns的外差信号进行的偏频锁定实验,系统很少失锁,锁定精度为±5MHz。     

声光调QCO_2激光器的理论计算和实验研究

采用谐振腔内插入声光调制器的方法进行了小型CO2激光器的调Q实验,并根据影响激光器输出的诸多因素,利用调Q脉冲激光器速率方程对该激光器输出的主要技术参数进行了理论计算,据此提出了声光调QCO2激光器优化设计的途径和方法。设计制成的声光调QCO2激光器获得峰值功率超过4000 W,激光脉冲宽度为180 ns,与理论计算基本一致。激光器脉冲重复频率调节范围1 Hz~100 kHz。理论分析和实验结果均证明,调Q晶体中超声场的渡越时间并不会影响输出激光的脉冲宽度,因此无需在腔内插入光学透镜进行光束直径的压缩变换;渡越时间的影响只是体现在延长了激光脉冲的建立时间上;激光器的最佳工作频率在1 kHz左右,这与CO2分子0001能级大约1 ms的辐射寿命相匹配,当频率超过1 kHz时,激光的脉冲宽度随着频率的增加而开始加宽。激光器通过光栅选线的设计方式实现了9.2~10.8μm的全波段波长调谐,测得激光输出谱线超过60条。     

弱本振激光外差探测信噪比分析

为避免传统激光外差探测中强本振信号带来的散粒噪声影响,着眼于光子级别的弱本振激光外差探测信噪比分析。首先,将脉冲体制弱本振激光外差探测信噪比表达式应用于分段连续弱本振激光外差探测中,获得中心频率为221 kHz外差信号的解析,且信噪比的理论计算和实验值吻合。其次,采用数据段细分功率谱累积技术,在相同的信噪比情况下,所利用的数据量总数降低为传统功率谱累积方法的1/10,提高了数据利用率,且在功率谱累积次数较少时,信噪改善比近似遵守m规律。     

同步调制调Q射频波导CO2激光器研究

为了斩断调Q脉冲拖尾,提高激光器电光效率,提出了一种在机械调Q射频激励波导CO₂激光器中采用同步调制的激励方式。实验研究了同步调制信号对调Q脉冲拖尾长度、脉冲宽度、峰值功率和电光效率的影响。结果表明,当同步调制信号截断时刻为-80μs时,调制调Q脉冲拖尾长度最短,为23μs; 当同步调制信号无激励时长为800μs时,电光效率最高且为3%。采用同步调制的激励方式可以在有效斩断脉冲拖尾的同时保持脉冲宽度基本不变,提高了激光器的峰值功率和电光效率。     

CdTe电光调频晶体用于电光调Q研究

本文研究了CdTe电光调Q晶体及电光调频晶体的调制特性,报道了采用 CdTe电光调频晶体进行电光调 Q的光栅选支射频激励波导 CO2激光器,调 Q激光脉冲重复频率 1Hz～10 kHz可调,在 10 kHz重复频率时,获得激光脉冲峰值功率为 300 W,脉冲宽度为 150 ns.     

窄脉冲激光探测电路分析与设计

光电检测电路的设计对激光探测系统的性能有重要的影响。针对窄脉冲激光的时域特性,对窄脉冲激光电路设计进行了详细的分析,包括光电二极管的偏置电压对检测电路的影响、光电流转换方式对信号带宽影响等。为提高探测系统信噪比,对放大电路、补偿电路的带宽设计提出优化方法,给出窄脉冲激光探测器的前级放大电路参数设计的依据,并对探测电路优化及设计方法进行了详细论述,为光电检测电路的设计提供了有效的设计方法。     

双色探测激光引信抗海浪技术

阐述了双色激光引信探测的原理,提出采用双色探测,利用海水对红外激光与蓝绿激光回波特性时域差异显著,而舰船对二者的反射特性相近的特点,区分目标与海面,提出抗海浪干扰和判别目标的双色激光引信方案。双色激光引信利用激光发射系统同时发出红外和蓝绿窄脉冲激光,激光接收系统采用两路探测器分别接收两种波长的回波信号,信息处理系统对两路激光回波信号进行高速实时采集,获得两路回波信号幅度、脉冲宽度、回波率等区分目标和海面。通过设计样机并进行海面试验,试验结果表明,双色激光引信抗海浪干扰效果良好。     

空间引力波探测激光外差干涉信号模拟系统

由于激光外差干涉测量系统光机平台无法模拟多普勒频移,并且商用信号发生器无法实现多种类、高复杂度的星间外差干涉信号模拟,不能对空间引力波探测的相位计进行全面测试。通过分析外差干涉信号的特性,研究信号模拟系统的实现原理及方法,设计了空间引力波探测激光外差干涉信号模拟系统。首先,应用直接数字合成器（DDS）模拟外差干涉信号。其次,通过频率偏移方式模拟多普勒效应,应用混合同余算法生成散粒噪声并调制到外差干涉信号中。最后,基于FPGA搭建系统硬件平台,通过示波器及频谱分析仪分析生成信号的时频特性。实验结果表明,信号模拟系统在2~20 MHz的频率范围内杂波抑制度为?53 dBc,谐波（二次）抑制达到?47 dBc,生成信号的时频特性符合理论预期,满足空间引力波探测相位计的地面测试需求。     

激光相干雷达中光单次下变频技术

在相干激光雷达远程测距中,为提高雷达的探测距离和距离分辨力,通常使用大时宽带宽积的信号如调频信号对光载波进行调制,并在接收端进行脉冲压缩处理,为降低接收端数字信号处理的数据量以提高运算的实时性,需要将接收信号下变频至合适的频段。传统的外差式雷达接收机需对光信号和电信号分别进行一次下变频,导致系统结构较复杂,且受器件非理想化的限制,下变频过程中会引入额外的噪声,此外还存在镜像频率噪声干扰的问题,导致解调信号信噪比降低。提出了一种将光信号直接下变频至脉冲压缩所需频段的方案,该方案使用正交解调的方式进行,能够简化系统结构同时抑制镜频噪声。首先将本振光进行频移并分为两束,通过控制相位使两本振光相互正交。将信号光分为两束并分别与两路本振光在光电探测器表面进行混频,接着对电信号进行采集,通过相关算法对幅相不平衡进行矫正。经仿真和实验,该方法能够在有效简化激光相干雷达接收机系统结构的同时避免镜频噪声干扰,在10 GSps采样率下,相较于外差式接收机,解调信号信噪比提高了约3 dB。     

Optical FSK heterodyne detection experiments using semiconductor laser transmitter and local oscillator

Frequency modulated semiconductor laser signals are demodulated by optical heterodyne detection using an independently temperature stabilized semiconductor laser local oscillator and a square-law detector followed by electrical frequency discrimination circuitry. Short-term and long-term beat frequency stability of the free-running laser transmitter and the local oscillator are delineated. Direct frequency modulation characteristics of the laser transmitter are studied by observing the intermediate frequency spectra. Frequency modulation-demodulation of pulse pattern signals at 100-200 Mbit/s is demonstrated. Reduction of the intermediate frequency fluctuation to less than 5 MHz is realized by employing a feedback of the RF frequency discriminator output to the local oscillator injection current.     

高测速双频激光干涉仪的若干关键问题研究

新型的塞曼-双折射双频激光(DFL)器可连续输出频差3～40MHz的DFL,以这种激光器为光源的干涉仪允许的最高测速可达4m／s或更高。激光器输出的是两正交的线偏振光,针对这一特性设计装词了系统光路,观察到理想的频移现象。已有外差信号处理方法均不能移植用于处理中频差,改进大数对减法使之适合于处理中频差外差信号,得到50MHz以内无累积误差的计数结果。     

Optical heterodyne detection of directly frequency modulated semiconductor laser signals

Frequency modulated semiconductor laser signals are demodulated by optical heterodyne detection using an independently temperature stabilised semiconductor laser local oscillator and a square law detector followed by electrical frequency discrimination circuitry. Beat frequency stability of the free-running semiconductor laser transmitter and local oscillator and characteristics of direct frequency modulation and optical heterodyne detection are delineated.     

激光主动制导武器的信号特征识别体制研究

激光主动制导武器有着十分明显的特点,其中之一是重频高、脉宽窄。在对激光雷达信号进行探测时,识别中心频率是十分重要的工作。另一方面,在现代战争中攻击者在攻击大型高价值目标时往往采用同时发射多枚弹药的方式,因此要求探测设备必须拥有识别多批次目标的能力。论述了使用数字信号处理体制识别高重频激光信号的理论基础和设计方法,突破了在时域内不能识别多批次脉冲周期信号的限制,而且系统的抗干扰能力也得到了提高。     

基于FPGA的插频式外差干涉信号处理方法

为了测得外差干涉仪的相位移,采用插频法对外差干涉仪的参考信号与测量信号进行了处理,从而测得两个信号的相位差即多普勒频移.插频法基于过零检测原理,即在测量信号与参考信号上升沿来临时,分别对两信号插入脉冲,通过对插入的脉冲计数,实现相位差的测量.外差干涉仪光源是拍频为2.2MHz的He-Ne激光,使用迈克尔逊干涉仪测量系统...     

一种光电探测器接口电路的响应特性分析

针对窄脉冲激光时域/频域特性,对窄脉冲激光电路设计进行了详细的分析,包括探测器光敏面面元尺寸分析,以及取样电阻、反馈电容对信号带宽和信号完整性的影响等。为了提高探测系统的信噪比、稳定性等要素,对两种典型的光电接口电路进行了理论分析和软件仿真,得到不同的探测器结电容、取样电阻、反馈电容等参数对窄脉冲激光探测电路光电接口带宽、输出信号幅值、脉宽等响应特性的影响。根据不同种类的探测器及脉冲激光探测信号的频率特性,选取不同的偏置与放大电路,可以使前置光电接口电路的性能达到最佳。     

种子注入固体激光相干探测实验研究

利用激光二极管(LD)抽运的单块非平面单向行波环形腔单频固体激光器作为种子源,对电光调Q的功率激光器进行种子注入。通过温度反馈控制对种子光源进行频率调节,控制种子光源和从动激光器自由振荡频率的匹配,得到种子注入发生比率为80%,脉冲功率半宽度为20 ns,能量为5 mJ,重复频率为500 Hz的单频激光输出。利用目标反射回波与声光移频的本振光进行外差探测,获得了包含速度信息的相干信号输出。