用于机载激光测距指示的激光器原理实验研究
用于机载激光测距指示的激光器原理实验研究
朱作珍羊毅
1 实验目的
要求设计一种机载激光器,达到如下技术指标:
a.单次激光峰值功率:<10MW;
b.激光脉冲宽度:10~15ns;
c.光束发散角:≤2.5mrad
d.重复频率:10PPS;20PPS
e.工作温度:-40~+40℃
现通过原理实验,确定其实施方案.
2 原理实验
2. 1 实验一 激光器静态效率及重频工作性能实验
2. 1. 1 实验光路及元器件
2.1. 2 实验条件
a.输入能量12.15J
b.冷却水体积2.6l;
c. 冷却水泵流量61/min, 扬程2m.
2. 1. 3 工作方式
重频lOPPS工作40S、接着20PPS工作30S,停3min,作为一个训话,如此循环七次,连续测量重频工作中每一个脉冲输出能量,每10个脉冲为一组取一个平均值(每一组间隔3s)
2. 1. 4 实验结果
2. 1. 4. 1 激光静态效率
输入12.ISJ, 输出374mJ,静态效率3.08%。
2. 1. 4. 2 重频输出性能
从实验可见:
a. 该器件静态效率高达3%;
b. 该器件重频工作性能好,通过以上14000次实验,重频工作无衰减,没有聚焦且输出基本稳定,说明此器件热稳定性能好。(20PPS工作时输出能量比IOPPS时高是电源在 20PPS工作时电压升高引起的)。
2.2 实验二波罗棱镜谐振腔、KD于电光调Q激光实验
2.2.1实验光路图及元器件
2.2. 2 实验条件
a. 输入能量15];
b. 冷却水体积2. 6L1
c. 冷却水泵流量:6L/min扬程2m,
d. 调Q方式:加压式;
e. 延迟时间:160呤;
f. 激光谐振腔腔长550mm
3心动态重校工作实验
工作方式:重桥IOPPS工作40S、接着20PPS工作30S,停3min,作为一个循环,如此循 环七次,观察年个循环中重频lOPPS开始工作时输出激光斑点、lOPPS重频工作40S后输 出激光斑点、20PPS开始工作时输出激光斑点及20PPS重频工作30S后输出激光斑点,比较输出激光斑点情况,基本不变.
2.2. 3. 3 测激光发散角
发散角的测量采取在像纸上打出近场、远场光斑,测量其直径计算发散角的方法。 测量 近场光斑直径为cp 5mm, I米处远场光斑直径为cp 5. 8mm, 发散角为0. 8mrad.
2. 2. 3. 4 机械稳定性实验
照光路调好的激光器,将其中的介质偏振片、KD"P、入/4片从导轨上拿下来,再放回,不作任何调整,照样出激光;另外将激光器腔长从750mm压缩到550mm, 未作任何准直,照样出激光.
2. 2. 4 实验结果分析
通过实验可见:
a. 该器件激光脉冲峰值功率>IOMW,激光发散角<2.5mrad, 达到了要求。
b. 重频工作,激光输出稳定。
c. 该器件机械稳定性好,为工程应用提供了有利条件。
d: 关于输出能量、峰值功率和脉宽
该器件输出能量大(178ml)但峰值功率不大00. 4MW), 原因是为压窄发散角,把腔长拉到50mm造成脉宽宽07ns)所致。原来作过同种器件,腔长为220mm加压式调Q,测量 脉宽为lOns。 若输出能量为178mJ则峰值功率就是17. 8Mw。 只要lOMw, 只须lOOmJ即 可,效率仍按1. 18%计算,输入只需8. SJ, 完全不要15J,这就是波罗棱镜腔的不足之处。
e. 关于激光发散角
由于波罗棱镜腔属平平腔类型,发散角 大,要得到小的发散角,必须拉长腔长。根据国内外资料,发散角:,;;;2. 5mrad腔长必须为600mm,所以原方案腔长取600mm。
在腔镜为2a的平行平面腔中平均单程损耗因子a=I/N, 式中,N== a1/L入(N-腔的菲涅耳数入一波长L-腔长)即Nccl/L, 菲涅耳数是表征衍射损耗大小的特征参数,L越Jj\, N越大心越小,发散角0越大,所以0ccI/L。现腔长550mm测得发散角0. 8mrad\考虑到不准因素取0=1. 2mrad, 若把腔长压缩到290mm, 则发散角e' =L/L'xe= (550/2叨)x