空间应用kHz电光调Q激光器关键技术研究

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随着人类空间技术的不断提升,对于空间载荷的要求也越来越严格。全固态激光器作为一种重要的空间载荷,可用于空间对地观测、深空探测以及空间通信等领域,近几十年来也得到了良好的发展。特别是最近单光子探测技术在空间探测中得以应用后,高重复频率、窄脉冲、高稳定性与光束质量的空间激光器成为了发展的新趋势。  本论文进行了基于空间应用的高重频电光调Q激光器关键技术的研究。论文中首先介绍了研究开展的应用背景与重要意义,并对国内外的空间激光器进行了调研,总结了空间应用的固体激光器在近几十年的进展状况。  针对空间应用的高重复频率窄脉冲固体激光器,介绍了激光器各种调Q方式的特点,对各种方式进行了比较分析,并重点介绍了本文采用的电光调Q的方式;对电光调Q驱动器的原理进行了简单介绍,并对驱动器发展现状做了全面调研,对驱动器电路不同的拓扑连接方式做了介绍;选用了软件Candence/Pspice进行仿真分析,并对适于空间应用的电光调Q驱动器电路进行了分析与仿真优化;制作了输出脉冲电压为2400V,脉冲下降沿在20ns以内的电光调Q驱动器和适于激光器耦合输出方式的脉冲电压为1000V的电光调Q驱动器;进行了热功耗实验与分析,证明了驱动器的实用性与可靠性。  设计出了一种适于空间环境的高复重频率窄脉冲电光调Q固体激光器。激光器采用正交双porro棱镜组成的直线谐振腔结构;用激光二极管侧面泵浦Nd∶YAG板条晶体;磷酸钛氧铷晶体(RTP)作为电光调Q开关,并采用偏振耦合输出的方式输出激光;搭载本文设计制作的高重频电光调Q驱动器。实现了激光脉冲重复频率1kHz,平均功率1.15W,脉冲宽度1.3ns,光束质量M2因子为M2x=1.20、M2y=1.23,波长为1064nm的脉冲激光输出。本设计结构合理,功能稳定,为未来的新型空间探测雷达系统提供了光源技术储备。  进行了适用于空间应用的高重频窄脉冲蓝绿激光器的初步研究。在本研究的基础上设计了腔内倍频与腔外倍频的蓝绿激光器。  最后进行了论文的总结,并面对未来的发展需求对课题进行了展望。
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