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100mJ OPO/CPA激光雷达及光学元件

发布时间: 2017-08-10 16:02:46   作者:本站编辑   来源: 本站原创   浏览次数:

  在大气研究领域中,激光雷达(LIDAR)是一种强有力的武器,广泛应用于远程气体、气溶胶浓度、风速以及温度探测。为了实现高精度、高分辨率测量,脉冲能量要达到100mJ量级。  

  甲烷是大气中一种重要的温室气体。德国和法国合作发起了一项远程激光雷达甲烷探测(MERLIN)任务,采用了IPDA激光雷达系统。自MERLIN任务发起以来,激光系统的光机设计和光学设计的稳定性便十分重要。面向未来任务的FULAS展示了在极端条件下开发光机元件的便宜性。为了尽可能降低长时间使用导致元件损坏的风险并尽可能优化工作点,了解元件的破坏阈值(LIDT)十分必要。最近,ILT建造了基于MOPA结构的板条激光器用于测试激光损伤阈值,能量达500mJ。为了对光学元件进行基于ISO 11254-2损伤阈值标准测试,脉冲能量需要达到100mJ。此外,对于未来星载对地观测任务来说,100mJ脉冲能量能够确保高精度、高分辨率的激光雷达测量。 

  OPO/OPA转换器能够提供50mJ能量的脉冲,并且满足激光雷达观测任务的其他需要。本文设计并安装了能够实现100mJ能量输出的OPO/OPA转换器。该系统由OPO和OPA模块级联组成,KTP作为非线性晶体,实现中心波长1645nm、能量100mJ输出,泵浦光能量450mJ,脉宽30ns。OPO/OPA频率转化单元示意图如图4所示: 

  

  图4  OPO/OPA频率转换单元示意图

  OPO/OPA转换转换单元的输出特性如图5、图6所示: 

  

  图5  OPO单元输出性能 (左)输出能量 (右)脉冲时间波形

  

  图6  OPA单元输出能量

  本文为下一代脉冲能量100mJ量级激光雷达系统设计了高能量OPO/OPA单元,该单元最大输出能量达111mJ,工作波长1645nm,并由420mJ的Nd:YAG激光器泵浦,泵浦效率超过26%。目前,该转换效率仅在多横模下实现。当由单横模激光泵浦时,OPA增益系数降低1.5倍。作为技术演示器,该激光单元是激光损伤(LIDT)测试设施的组成部分,用于测试光学元件的质量,特别是用于空间任务的光学元件。该LIDT测试设施将运行在1064nm和1645nm双波长,特别是对MERLIN任务。 

  自若编译自: http://proceedings.spiedigitallibrary.org/proceeding.aspx?articleid=2605703&resultClick=1# 

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