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随着激光技术尤其是多元阵列探测技术的发展,基于阵列激光并行发射和接收的多光束推帚式激光雷达探测技术正成为国内外研究的热点。相较于单光束探测,多光束的推帚式探测可实现高精度、垂直分辨、宽幅宽等,应用前景十分广阔。作为其关键技术之一的多光束并行发射激光光源需要具有高效、体积小、质量轻、工作稳定等特点。 本论文基于推帚式激光雷达对多路激光光源的需求,对多路激光光源技术进行研究,以得到高光束质量、高单脉冲能量的阵列激光光源。论文研究内容主要包含以下几个方面: 1)对激光高度计的工作原理及其不同探测方式对光源的要求进行阐述,并介绍多光束星载激光雷达的探测原理,对多光束激光雷达探测技术的发展现状及多光束激光光源技术进行调研,提出本论文中的多光束激光光源的方案:一是对多路固体激光器或者光纤激光器的输出同时进行直通放大,研究多路激光放大的可行性。二是研究小型、高效的激光系统,在对激光光束元数要求不高的情况下,小型激光器阵列不失为多光束光源的一种选择。 2)设计研制LD侧边抽运的Nd∶YAG板条放大模块,对板条直通多程放大技术进行研究。首先针对单束光进行多程放大,理论模拟并分析了放大器的储能及性能,然后对整个激光振荡-放大系统进行实验研究。结果表明,LD双侧边抽运时,部分没有被吸收的抽运光透过板条对异侧LD的出光造成一定影响,使得放大器增益较低。采用单侧抽运时,由于增益分布不均匀,放大后光斑变差,具有两个光强中心。 3)在小型、高效的激光器的研究方面,分别针对VCSEL端面抽运的种子源和尾纤LD端面抽运的种子源的信号光,利用LD侧边抽运的Nd∶YAG板条晶体对掠入射式多程放大技术进行研究。掠入射的信号光在抽运面进行全反射放大,可充分利用晶体增益强区。对于VCSEL抽运的种子源的放大,放大器双程增益为11,并且放大后光源保持较好的光束质量,能量提取效率为19.46%。对于LD端面抽运的种子源的放大,四程放大后的单脉冲能量约为1.1mJ。放大器有效提取效率约为25.0%,光-光转换效率约为3.6%。整个振荡-放大系统结构紧凑、简单、体积小巧,且具有高重复频率工作的潜力,可用来构成激光器阵列。 4)相对于侧边抽运,端面抽运方式可以实现信号光与抽运光较好的模式匹配,故论文最后对LD端面抽运的Nd∶YAG板条晶体的双程放大器进行了初步研究。建立理论模型分析放大器大的性能,设计了激光振荡放大系统,为进一步的实验研究做好准备。 经过以上实验验证,由VCSEL端面抽运或者尾纤抽运的Nd∶YAG激光振荡级和LD侧边抽运的掠入射式Nd∶YAG板条多程放大级组成的激光振荡-放大系统,进一步优化后,可以作为激光器阵列,为所需的阵列激光光源提供参考。