高重频双波长复合干扰激光器设计

第23卷增刊光电工程V o l123,　Sup.　1996年12月Op to2E lectron ic Engineering D ec,1996　高重复频率LD侧面泵浦N d∶YA G电光调Q激光器Ξ王卫民　杨成龙　陈津燕　唐　淳杨森林　廖银燕　邵英斌(中国工程物理研究院流体物理研究所,成都,610003)吕百达　蔡邦维(四川联合大学激光物理与化学研究所,成都,610064)摘要　文中介绍二极管激光侧泵浦Q开关激光器,激光介质是N d∶YA板条,几何尺寸为20.3mm×5mm×2.5mm,二极管激光与板条之间用柱透镜耦合,激光谐振腔为平凹腔,输出镜曲率半径为1m,透光率T=0.33。

用KD★P电光Q开关,得到输出脉宽为12.7n s、单脉冲能量1.97m J的激光,光束质量M2x=2.69、M2y=1.87,重复频率98H z。

主题词　Q开关激光器,二极管泵浦,二极管激光器。

H igh Repetition Ra te LD Side-Pu m ped Nd∶YAGElectro-Optic Q-Sw itched La serW ang W e i m i n,Yang Chenglong,Chen J i nyan,Tang Chun,Yang Sen l i n,L i ao Y i nyan,Shao Y i ngb i n(Institu te of F lu id P hy sics,Ch ina A cad e m y ofE ng ineering P hy sics,Cheng d u,610003)L u Ba ida,Ca i Bangwe i(Institu te of laser P hy sics and Che m istry,S ichuan U n ion U n iversity,Cheng d u,610064)Abstract　A di ode laser side2pum ped N d∶YA G Q2s w itched laser is p resen ted inthe pap er.T he laser m edium is N d∶YA G slab.T he slab size is20.3mm×5mm×2.5mm.A cylindrical rod len s is u sed as coup ler betw een the LD and the N d∶YA GΞ该课题得到国家高技术863资助。

激光测量中的双波长技术与数据处理技巧激光测量作为一种高精度、高分辨率的测量技术，被广泛应用于各个领域。

双波长技术作为激光测量技术的一种重要手段，具有独特的优势。

本文将从双波长技术的原理、应用以及数据处理技巧等方面进行探讨。

一、双波长技术的原理双波长技术是利用激光器发射两个或多个不同波长的激光束，通过对待测目标的反射光的不同波长的衰减来测量目标的距离或形态。

根据介质的吸收谱特性，选择两个波长处于不同吸收谱的位置，可以获得较高的测量精度。

通常情况下，红光波长(如635nm)和近红外光波长(如785nm)是常用的双波长选择。

双波长技术的优势在于可以消除环境因素的影响，提高测量结果的准确性。

例如，对于多相介质中的测量，传统的单波长技术可能受到散射、吸收等因素的影响，而双波长技术则能够通过测量两个波长的反射光的比值，消除这些影响，提高测量的准确度。

二、双波长技术的应用双波长技术在各个领域具有广泛的应用。

在工业制造领域，双波长测量技术被用于精密加工中的尺寸测量、光学元件的形貌测量等。

在环境监测领域，双波长技术可以用于大气颗粒物浓度的测量、水质污染监测等。

在医疗领域，双波长技术可应用于眼底疾病的诊断、皮肤病变的测量等。

以药物制剂颗粒的测量为例，利用双波长技术可以较为准确地测量颗粒的大小和分布。

通过选择不同波长的激光，可以区分颗粒的反射特性以及光在颗粒之间传播的情况。

通过测量反射光的强度和波长比值，可以得到颗粒的大小信息。

三、数据处理技巧在双波长技术中，正确的数据处理方法对于获得准确的测量结果至关重要。

下面介绍几种常用的数据处理技巧。

1. 比值法比值法是双波长技术中最常见的数据处理方法之一。

通过计算两个波长的反射光强度的比值，可以消除光源强度的不均匀性和光电探测器的响应差异，从而得到准确的测量结果。

2. 插值法插值法是一种通过线性插值或非线性插值方法，根据不同波长的衰减特性来得到目标的精确距离或形态信息。

通过采集多组数据，根据测量值与标准值的对比，建立衰减模型，从而实现目标参数的计算。

抗高重频激光有源干扰的方案研究06061204孟璞辉摘要：在对激光末制导武器的抗干扰现状分析的基础上, 对高重频干扰进行了分析, 提出了抗高重频激光有源干扰的方案。

该方案将高重频干扰建立数学模式后, 对该数学模式进行分析, 总结出该模型的规律, 从而判断出高重频周期, 该原理将构成方案的核心思想。

该高重频信号处理方案的关键点, 包括高重频周期的测定和反向高重频信号同步点的确定。

该方案将有效的消除高重频有源干扰, 和我们曾提出过的激光末制导炮弹武器系统的一类新型激光编码方案, 构成了完备的激光末制导武器系统抗激光有源干扰方案。

关键词：激光技术；激光干扰；高重频激光信号；抗干扰1.引言由于激光制导武器在现代战争中发挥了非常大的作用, 激光干扰技术得到了相当大的发展。

激光干扰是指利用各种有源与无源设备, 对各种光电装备实施干扰的一种光电对抗技术。

其中激光有源干扰是一种非常重要的干扰方式。

它包括同步转发式干扰, 应答式欺骗干扰和高重频干扰等各种方式。

目前,激光对抗领域对同步转发式干扰和应答式欺骗干扰都有了相应的应对措施。

但对激光高重频干扰的应对措施还没有得到相应的研究, 抗激光有源干扰没有形成完备的系统方案。

在对抗激光有源干扰方面, 我们已经基于激光末制导武器系统的激光编码及波门设置特点的分析, 提出了激光末制导炮弹武器系统的一类新型激光编码方案’ 。

该方案同时具有脉冲间隔编码和有限位随机周期脉冲序列的优点, 首脉冲易确定, 无固定重频、无周期性, 我方容易解码而敌方难以识别, 具有较强的抗应答式干扰能力。

在我们提出新型激光编码方案之后,本文将在研究高重频激光有源干扰原理的基础上再对激光高重频干扰的对抗方法作系统的研究。

这样就为激光末制导武器系统中的激光有源干扰形成比较完备的对抗方案。

本文首先简述高重频激光干扰原理, 然后提出抗高重频激光干扰方案, 论述高重频信号的处理要点,并给出实验论证结果, 最后给出小结。

双波长激光器的设计与制备激光器是一种将能量转换为集中的、高强度的光束的装置，具有广泛的应用。

它被广泛用于科学研究、医疗、通信和工业等领域。

在激光器的发展历程中，双波长激光器作为一种特殊的激光器类型，其波长选取范围更宽，具有更强的抗噪声能力，在通信、光电子、光谱学和生命科学等领域都具有广泛的应用前景。

本文将从双波长激光器的基本原理、设计思路和制备工艺三个方面进行系统综述。

一、双波长激光器的基本原理双波长激光器的基本原理是利用波长复用技术，通过一个发光激光器可发射出两个波长的激光光束，具有量价比高、占用空间小、维护成本低等优点。

其主要由光放大器、光切换器和振荡器三部分组成。

光放大器是将输入信号放大的设备，光切换器即开关，控制波长的切换，振荡器则是产生光的震荡器件。

二、双波长激光器的设计思路（一）光切换器的设计光切换器是实现双波长激光器的关键部件，其基本结构是结合两个不同的反射光栅，要求两个反射光栅的反射率、衍射效率和频谱带宽相同，以实现在反射光栅之间的切换。

双波长激光器的切换时间在亚纳秒以下，因此切换速度的快慢直接影响双波长激光器的性能。

（二）振荡器的设计振荡器是双波长激光器的另一成分，主要由半导体反射镜、激光介质和同步镜三部分组成。

其主要特点是：能够在同一波导通道中产生两个不同的激光模式，设有输出反射体来反射激光回来，从而形成振幅和相位长程耦合的模式。

（三）光放大器的设计光放大器是双波长激光器关键组成部分，利用它可以将输入的微弱信号放大到一定的境界。

光放大器的设计是双波长激光器设计的重要组成部分。

其设计原则主要是：高功率密度、宽带、高增益和低噪音等。

三、双波长激光器的制备工艺（一）外延生长外延生长是双波长激光器制备的第一步，它是对半导体外延层进行生长和外延以达到所需的材料结构和性能的过程。

在外延生长中，主要分为多种方法，其中最常用的是气相外延(Method)和分子束外延(MBE)。

（二）激光刻蚀激光刻蚀是制备双波长激光器最关键的步骤，它是通过激光束的强度对材料进行熔融，然后沉积或冷却，从而使表面达到所需形状和纹理。

分类号TN248 学号******** ＵＤＣ密级公开工学硕士学位论文复合腔结构高功率多波长光纤激光器硕士生姓名陈薏竹学科专业光学工程研究方向高能激光技术及应用指导教师周朴研究员协助指导教师肖虎讲师国防科学技术大学研究生院二〇一六年十一月Study On High Power Dual-cavityMulti-wavelength Fiber LaserCandidate：Chen YizhuAdvisor：Prof. Zhou PuAssistant advisor: Dr. Xiao HuA dissertationSubmitted in partial fulfillment of the requirements for the degree of Master of Engineeringin Optical EngineeringGraduate School of National University of Defense Technology Changsha，Hunan，P.R.ChinaNovember, 2016目录摘要 (i)ABSTRACT ........................................................................................................ i ii 第一章绪论 (1)1.1 1微米波段高功率掺镱光纤激光器 (1)1.2 掺镱-拉曼光纤激光器 (4)1.2.1 基于波分复用的多波长种子光 (5)1.2.2 振荡器级联的多波长种子光 (7)1.2.3 自发拉曼散射噪声的多波长种子光 (8)1.2.4 复合腔多波长光纤激光器 (9)1.3 论文的主要内容和结构安排 (10)第二章混合增益光纤振荡器理论研究 (12)2.1 混合增益光纤振荡器理论模型 (12)2.2 混合增益光纤振荡器仿真分析 (15)2.2.1 光纤长度的影响 (16)2.2.2 光栅反射率的影响 (19)2.2.3 纤芯包层比的影响 (20)2.2.4 泵浦方向的影响 (21)2.3 本章小结 (22)第三章混合增益光纤振荡器实验研究 (24)3.1 1090nm-1150nm混合增益光纤振荡器 (24)3.1.1 实验结构 (24)3.1.2 实验结果与分析 (24)3.1.3 光纤器件参数对输出特性的影响 (27)3.2 1080nm-1120nm混合增益光纤激光器 (30)3.2.1 实验结构 (30)3.2.2 实验结果与分析 (30)3.3 混合增益脉冲光纤激光器 (32)3.3.1 实验结构 (32)3.3.2 实验结果与分析 (33)3.4 本章小结 (35)4.1 功率定标放大理论研究 (37)4.2 功率定标放大实验研究 (41)4.2.1 单一波长种子放大实验 (41)4.2.2 双波长种子放大实验 (42)4.2.3 实验结果与分析 (44)4.3 本章小结 (45)第五章总结与展望 (46)5.1 论文的主要工作 (46)5.2 论文的主要创新点 (47)5.3 论文的不足及后续工作展望 (47)致谢 (49)参考文献 (51)作者在学期间取得的学术成果 (55)表目录表2.1 复合腔混合增益光纤振荡器仿真参数 (15)表2.2 各组光纤长度 (17)表2.3 各组光纤长度 (18)表2.4 各组光栅反射率 (19)表2.5 前向、后向、双向泵浦时激光器输出功率对比 (22)表3.1 光纤光栅参数 (24)表3.2 光纤光栅参数 (30)表4.1 双波长种子放大参数设置 (39)表4.2 单一波长与多波长放大实验结果 (45)图目录图1.1 镱离子吸收与发射截面 (2)图1.2 (a)PBGF光纤截面示意图(b)透光率谱 (3)图1.3 倾斜FBG光栅结构光纤激光器 (3)图1.4 石英光纤中的Raman增益谱 (4)图1.5 (a)拉曼光纤激光器(b)级联腔结构 (5)图1.6 Yb-Raman混合增益放大器实验结构图 (6)图1.7 (a)WDM双波长种子实验结构图(b)1178 nm混合增益光纤放大器 (7)图1.8 掺镱-拉曼级联光纤放大器示意图 (7)图1.9 千瓦级掺镱拉曼级联光纤放大器示意图 (8)图1.10 3.89kW双向泵浦拉曼光纤激光器示意图 (8)图1.11 复合腔多波长光纤激光器示意图 (9)图1.12 铒镱共掺全光纤双腔多波长光纤激光器 (9)图1.13 复合腔掺铥光纤激光器示意图 (10)图2.1 复合腔多波长光纤激光器结构示意图 (12)图2.2 腔内功率分布（掺镱光纤5m，传能光纤50m） (16)图2.3 腔内功率分布（掺镱光纤16m，传能光纤50m） (17)图2.4 (a)信号光随掺镱光纤长度的腔内功率分布变化(b)拉曼光随掺镱光纤长度的腔内功率分布变化 (17)图2.5 振荡器功率随掺镱光纤长度变化曲线 (18)图2.6 (a)信号光随被动光纤长度的腔内功率分布变化(b)拉曼光随被动光纤长度的腔内功率分布变化 (18)图2.7 振荡器功率随被动光纤长度变化曲线 (19)图2.8 (a)信号光随光栅反射率的腔内功率演变情况(b)拉曼光随光栅反射率的腔内功率演变情况 (19)图2.9 不同光栅反射率下的振荡器输出功率计算结果 (20)图2.10 (a)纤芯为5μm时腔内功率分布(b)纤芯为10μm时腔内功率分布 (20)图2.11 腔内功率演化(a)前向泵浦功率150W (b)后向泵浦功率150W (c)双向泵浦，每侧功率75W (22)图3.1 复合腔结构混合增益光纤振荡器结构示意图 (24)图3.2 (a)混合增益光纤振荡器前向输出光谱(b)1150nm处前向输出细节光谱. 25图3.3 1090nm-1150nm光纤振荡器输出功率曲线 (25)图3.4 (a)混合增益光纤振荡器后向输出光谱(b)1150nm处后向输出细节光谱. 26 (27)图3.6 (a)混合增益光纤激光器前向输出光谱(b)后向输出光谱（1090LR R=10%） (28)图 3.7 (a)混合增益光纤激光器前向输出光谱(b)后向输出光谱（被动光纤长度30m） (29)图3.8 不同实验参数设置下的1150nm前向输出功率随泵浦功率变化曲线 (29)图3.9 1120nm混合增益光纤激光器 (30)图3.10 (a)光纤振荡器前向输出光谱 (b)前向输出1120nm细节光谱 (31)图3.11 (a)1120nm振荡器功率随泵浦功率增长曲线 (b)1120nm比例随泵浦功率变化曲线 (31)图3.12 (a)半开腔结构的混合增益脉冲光纤激光器(b)标准脉冲光纤振荡器 (33)图3.13 半开腔结构的混合增益脉冲光纤激光器输出脉冲波形(a)重频500kHz (b)重频100kHz (33)图3.14 振荡器结构混合增益脉冲光纤激光器输出脉冲波形(a)脉宽395ns (b)脉宽170ns (c)脉宽35ns (34)图3.15 (a)半开腔结构激光器输出光谱，泵浦脉冲重频500kHz 脉宽1μs (35)(b)标准腔结构激光器输出光谱，泵浦脉冲重频500kHz，脉宽100ns (35)图 4.1 (a)放大器前向输出功率分布(b)放大器后向输出功率分布(c)放大器沿光纤的功率分布（1070nm功率10W） (38)图 4.2 (a)放大器前向输出功率分布(b)放大器后向输出功率分布(c)放大器沿光纤的功率分布（1070nm功率10W，1120nm功率1W） (39)图4.3 表4.1中的三组仿真结果对比 (40)图4.4 1090nm单一波长激光放大实验结构 (41)图4.5 (a)输出激光功率变化情况(b)放大后的光谱，泵浦功率104.8W (41)图4.6 (a)1090nm种子光谱，功率12W (b)放大后的光谱，泵浦功率56.1W (42)图4.7 1090nm、1150nm双波长激光放大实验结构 (42)图4.8 (a)1090nm、1150nm双波长种子光谱，占总功率比例分别为96.88%、3.12% (b)放大级泵浦功率分别为56.1W与117.1W时的输出光谱 (43)图4.9 (a)1090nm、1150nm双波长种子光谱，占总功率比例分别为95.73%、4.27% (b)放大级泵浦功率分别为43.7W与80.4W时的输出光谱 (43)图 4.10 (a)1090nm、1150nm双波长种子光谱，占总功率比例分别为22.72%、77.28% (b)放大级泵浦功率分别为43.7W与80.4W时的输出光谱 (44)摘要受激拉曼散射是限制宽谱光纤激光器输出功率提升的主要因素之一。

全固态激光双波长复合输出腔参数优化王磊;聂劲松;王景楠;胡瑜泽;金齐耀【摘要】The 1064 nm fundamental-wave (FW)and the 532 nm second-harmonic-wave (SHW)of Nd ∶YAG laser have been widely applied in many fields. In some military applications requiring interference in both visible and near-infrared spectrum range,the de-identification interference technology based on the dual-wavelength composite outputs of FW and SHW will contribute to make the device or equipment compact and low-cost. Aiming at dual-wavelength composite output technology of solid-state laser,a resonant cavity with two LD pumped Nd ∶YAG,two acousto-optic Q-switched and KTP cavity frequency doubling was proposed to achieve composite laser with high power and high repeti-tion frequency. Based on steady state equation,dual-wavelength composite output model of the solid-state laser was es-tablished,and the effect of the resonant cavity parameters on characteristics and output ratio of composite laser was studied. The optimal length of frequency doubling crystal and the transmissivity of best fundamental frequency were obtained. The effectiveness of cavity parameter optimization was verified.%Nd ∶YAG激光器输出的基频1064 nm激光和倍频532 nm激光在众多领域有着广泛的应用。

一种双频激光干涉信号探测器的设计乐燕芬;时颖;句爱松【摘要】为了获取高精密双频激光干涉测量中的干涉信号,完成了一种新的光电探测器电路设计.该探测器利用AD645设计了精密低噪声光电转换前置放大器,保证微弱干涉光信号的有效接收;增益可调的主放大器设计保证输出信号足够的动态范围,适应不同类型的干涉信号处理电路,双二次型带通滤波器有效抑制了噪声与温漂.结果表明,研制的光电探测器能完成微弱干涉信号的接收处理,信噪比高、频率稳定、结构简单易实现,可应用于高精密比相计等激光干涉仪信号处理装置.%In order to obtain the interference signal in a high-precision heterodyne interferometer, a new design of gain-controlled weak-signal detector was presented. In the detector circuit, a low noise photoelectric conversionpre-amplifier was designed based on AD645 to convert the weak interferometric beam effectively. A gain-controlled main amplifier was designed to guarantee the dynamic range for the signal and applicable for various processing circuit. A biquad band-pass filter was introduced to minimize the noise and the temperature drift. It is verified experimentally that the output signal of detector has high signal-to-noise ratio, large dynamic range and high gain. The detector with high performance can be used in high precision interferometers.【期刊名称】《激光技术》【年(卷),期】2012(036)006【总页数】4页(P759-762)【关键词】光电子学;双频激光干涉仪;光电信号探测器;低噪声;增益可调【作者】乐燕芬;时颖;句爱松【作者单位】上海理工大学光电信息与计算机工程学院,上海200093;上海理工大学光电信息与计算机工程学院,上海200093;上海理工大学光电信息与计算机工程学院,上海200093【正文语种】中文【中图分类】TH744.3引言双频激光干涉测量系统是目前最常用的精密激光测量系统。

高重频双波长复合干扰激光器设计*叶庆1，范一松1 2，王磊1，卞进田1（1. 国防科技大学 脉冲功率激光技术国家重点实验室 安徽 合肥 230037；2.中国科学院安徽光学精密机械研究所安徽光子器件与材料省级实验室 安徽 合肥 230031）摘要：为解决基频光高重频与倍频光高平均功率之间的矛盾，设计了一台干扰用高重频双波长复合输出激光器。

静态仿真了泵浦源效率、激光晶体受热和受力分布、激光高斯模式特征，得到了该激光器的复合输出特性。

动态仿真调Q 频率、倍频晶体长度对复合输出的影响以及分析倍频晶体热效应，发现在泵浦功率和谐振腔结构不变的前提下，需先满足基频光高重频工作，再优化倍频晶体长度和控制倍频晶体温度可提高倍频光的输出功率。

按上述仿真结论开展验证实验表明：当KTP 晶体长度为12mm ，输出镜透过率为10%，重复频率为50kHz 时，设计的激光器基频光平均功率为18.98W ，倍频光平均功率为2.22W ，与仿真结论一致。

关键词：固体激光器；双波长复合输出；高重频；仿真与实验中图分类号：TN242 文献标志码：A 文章编号：Design of the Dual-wavelength Composite Jamming Laser withHigh-repetitive FrequencyYE Qing 1, FAN Yisong 1 2, WANG Lei 1, BIAN Jintian 1(1. State Key Laboratory of pulsed power laser technology, National University of Defense Technology, Hefei 230037, China ；2.Anhui Provincial Key Laboratory of Photonic Devices and Materials, Anhui Institute of Optics and Fine Mechanics,Chinese Academy of Sciences, Hefei 230031, China)Abstract: In order to solve the contradiction between high repetition rate of fundamental wave (FW) and high average power of second-harmonic wave (SHW), a new 1064nm/532nm dual-wavelength composite jamming laser with high-repetitive frequency was designed. Firstly, the composite output characteristics of the laser were obtained by the static analysis of t he pump source’s efficiency, heat and force distribution of crystal, and the Gauss mode of laser. Then, the influence on the dual-wavelength composite output was analyzed by changing the Q-switching frequency, the length of the second harmonic generation (SHG) crystal and by simulating the thermal effect of SHG crystal. It is found that the high frequency of FW should be satisfied first, and the output power of SHW can be improved by optimizing the length of the SHG crystal and controlling the temperature of SHG crystal under the condition of the constant pumping power and the structure of the resonator. Finally, the simulation conclusion was verified by experiment. The experimental results show that when the length of KTP crystal is chosen as 12mm, the transmissivity of the output mirror is fixed to 10%, and the Q-switching frequency is selected as 50KHz, the average output power of the FW is 18.98W, and the average power of the output of SHW is 2.22W.Keywords: solid-state laser; dual-wavelength composite output; high-repetitive frequency; simulation and experiment*收稿日期：2018-01-15基金项目：脉冲功率激光技术国家重点实验室主任基金资助项目（SKL2015ZR01）作者简介：叶庆（1981－），男，四川泸州人，博士，助理研究员，E-mail ：yeqing0518@范一松（通信作者），男，安徽萧县人，硕士，工程师，E-mail ：fan_ys01@.1064nm 和532nm 的双波长全固态激光器在激光清洗、激光医疗、激光探测等领域具有重要的应用价值[1-3]。