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用于激光雷达的频率稳定性优于500kHz的单频Ho:YLF激光器

发布时间: 2017-08-10 16:06:50   作者:本站编辑   来源: 本站原创   浏览次数:

  中心波长为2051nm的高稳频单频激光器对于利用差分吸收激光雷达技术测量二氧化碳含量实验来说不可或缺。单频激光器输出两束脉冲:第一束脉冲由二氧化碳强吸收线调谐;第二束脉冲较之吸收峰有轻微失调,由此确认此脉冲在一阶近似下并未被二氧化碳吸收。用于探测二氧化碳的星载激光主要参数需求如下: 

  l 脉宽几十纳秒; 

  l 单脉冲能量50mJ; 

  l 脉冲间隔500微秒左右; 

  l 重复频率50Hz; 

  l 光谱稳定性小于200kHz; 

  l 能量稳定性优于2%; 

  l 光谱宽度(FWHM)小于60Mhz。 

  先前演示的单频脉冲激光器能够实现能量2mJ、脉宽580μs、重频50Hz的双脉冲输出,能量稳定性优于1.5%。然而,光谱稳定性仅介于1MHz到6MHz之间,未达到要求。本文通过采用窄线宽OPSL作为种子振荡器,极大地提高了光谱稳定性。到目前为止,光谱稳定性提升效果演示工作仅限于单脉冲模式。 

  光谱稳定性是主振荡器设计的关键,脉冲能量的放大则由功率放大单元实现。为保证系统的可压缩性,双脉冲将由同一个光学装置实现。为满足太空环境的需求,光学表面的能量密度不得高于7J/cm2。此外,为了保证重频泵浦效率,泵浦源选用Tm:YLF脉冲激光器。 

   

 
 


振荡器和种子源的光路示意图分别如图9、图10所示:

  

  图9  振荡器光路示意图

   

 
 

  

  图10  种子源光禄示意图

  本文对调Q单频Ho:YLF激光振荡器输出的双脉冲序列进行了光谱稳定性优化设计。分别采用OPAL和DFB二极管分别作为种子源并进行比较。结果表明采用OPSL作为种子源,其光谱稳定性在10s采样时间内的最佳水平为38kHz,这远远低于二氧化碳激光雷达发射器所需要的200kHz水平。OPSL的稳频性能与其设计指标严重失配,只能在很短时间内实现频率稳定。 

  为满足实际应用的需要,系统仍需新的种子源,新种子源不仅需要满足与OPSL相当的窄线宽光谱,同时也要能够长时间稳定工作。未来将采用新型板条脉冲放大器进一步提升脉冲能量。 

  自若编译自: http://proceedings.spiedigitallibrary.org/proceeding.aspx?articleid=2610402&resultClick=1 

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