1 中国科学院空间主动光电技术重点实验室，上海 200083
2 中国科学院上海技术物理研究所，上海 200083
由于加工生产、发射振动以及空间温度交变等因素，星上载荷的安装接口会出现一定的形位误差，进而激光测高仪的光轴指向发生偏差。为了减小机械接口对载荷的影响，基于运动学安装的原理，设计了测高仪的支撑结构。在接口刚度匹配性分析的基础上，对支撑结构进行了设计优化。采用蒙特卡罗统计方法对星上接口的误差分布进行了分析，确定了载荷安装点的误差输入。通过分析与试验验证发现：所设计的支撑结构的一阶基频达到88 Hz，激光收发光轴安装时引起的光轴总偏离量约为8.5 μrad，力学振动引起的光轴总偏离量为30 μrad。热光试验表明，高低温边界处的光轴稳定度为8.5 μrad。所设计的支撑结构能够满足测高仪的使用指标要求。设计思路与试验结果对星载激光类载荷接口设计具有一定的参考性。
测量 空间仪器 星载接口 运动学支撑 支撑刚度 统计分析 中国激光
2023, 50(14): 1404004
1 中国科学院上海技术物理研究所，上海 200083
2 中国科学院大学，北京 100049
3 上海量子科学研究中心，上海 201315
4 上海理工大学 光电信息与计算机工程学院，上海 200093
随着探测体系的发展，基于单光子探测技术的光子计数激光雷达受到了广泛关注，有效降低了系统对激光功率的需求，广泛应用在远距离测距及成像领域。针对激光雷达在人眼安全波段的工作需求，基于自由运转模式InGaAs/InP SPAD单光子探测器设计了一套多元收发的远程线阵光子计数激光雷达扫描成像原型系统，对探测器在日光背景下的探测概率影响因素展开了分析，配合主动淬灭电路设计及工作温度、偏压调整获得了系统的最佳工作点，并针对扫描视场中孤立目标特征采用了点云滤波及后脉冲预处理算法，将单个接收通道的原始数据率由200 kbps量级降低至小于1 kbps。与记录单次回波相比，单个测距周期记录四次回波可将有效数据量提升约5%。同时也对探测器的噪声及后脉冲等特性进行了分析。该系统工作波段为1 550 nm，探测器线阵规模可达到128元，激光重频为20 kHz，可在2 s内实现水平200°范围内的激光三维成像，作用距离＞3 km。经过成像算法处理，该系统在日光条件下成功实现多距离目标三维成像，成像目标清晰。
激光雷达 光子计数 三维成像 单光子探测 InGaAs/InP SPAD lidar photon counting 3D imaging single-photon detection InGaAs/InP SPAD 红外与激光工程
2023, 52(3): 20220474
1 中国科学院上海技术物理研究所 空间主动光电技术实验室, 上海 200083
2 中国科学院大学, 北京 100049
对提升激光雷达作用距离的方法进行了分析, 针对2 km以上的远程探测应用, 提出了一种轻小型能够全天时工作的光子计数激光三维成像雷达解决方案, 可用于轻小型飞行器制导, 无人机、直升机、船舶导航与避障, 铁路轨道障碍物探查等有远程探测需求的应用场合。该系统采取光子计数高探测灵敏度方案, 光学应用收发共光路设计, 收发望远镜巧妙采用了共轭光学设计, 二维扫描机构放置于望远镜的后方, 不但扩大了望远镜口径, 提升了作用距离, 同时也缩减了扫描镜尺寸, 有利于扫描速度的提高, 激光收发采取窄发散角和瞬时视场共视场扫描设计, 再结合超窄带滤波器的应用, 使得系统能够实现强烈背景噪声条件下的工作。最后讨论了高重频微脉冲激光器、发射杂散光干扰、偏振激光雷达适应性以及光子计数背景滤波去噪处理技术等技术难点。
远程激光雷达 全天时 光子计数 收发共口径 long range ladar daylight condition photon counting T/R common aperture 红外与激光工程
2019, 48(1): 0106005
中国科学院上海技术物理研究所 空间主动光电技术重点实验室, 上海 200083
为降低成像光谱仪对工作平台体积质量的需求, 优化光路布局, 提高系统的热适应性, 阐述了一种紧凑型红外成像光谱仪的光学系统设计。考虑结构尺寸和像差平衡, 光学设计中引入了扩展多项式面型。系统光谱范围为1~3.4 μm, F/数为2.86, 光谱采样间隔为7.5 nm。光学系统由一个自由曲面三反射镜望远镜和一个基于平面光栅的自由曲面光谱仪组成。望远镜准远心设计, 与后方远心光谱仪光瞳匹配, 无畸变且像方空间便于其他结构模块布局。光谱仪像质优良, 光谱畸变校正良好, 像面倾斜得到改善便于探测器布局。从光栅衍射效率设计、杂散光抑制和光机一体化集成镜件设计三方面对该系统作了分析, 结果表明系统具有工程可行性。
光学设计 成像光谱仪 扩展多项式 光机集成镜件 optical design imaging spectrometer extended polynomial opto-mechanical integrated mirror 红外与激光工程
2018, 47(4): 0418001
中国科学院上海技术物理研究所 空间主动光电技术与系统实验室, 上海 200083
针对三维成像多波束激光雷达系统微弧度量级激光发散角和多元并行收发条件下极高配准精度要求, 进行了收发配准技术的研究和验证。提出了多波束激光雷达系统收发配准的方法, 实现了一套基于光纤光学的收发光学系统分离的高精度收发光学系统; 发射激光的单元发散角达到了近衍射极限的20 μrad, 接收视场达到60 μrad, 实现了1 064 nm近红外波段51元的线列并行收发, 收发配准精度达到10 μrad以下。实验验证结果显示, 该收发配准的方法具有较好的可行性, 配准的精度能达到理论分析要求。经过温度等环境因素的分析, 系统在一定的温度范围内具有较好的稳定性, 该温度范围较易控制, 能够满足多波束激光雷达系统的工程应用要求。
收发配准 激光雷达 多波束 光纤光学 光子计数 transmitting and receiving registration lidar multi-beam fiber optics photon counting 红外与激光工程
2017, 46(7): 0730001
中国科学院上海技术物理研究所 中国科学院空间主动光电技术重点实验室, 上海 200083
离轴三反光纤阵列激光三维成像发射系统中, 大功率激光器发出的激光经阵列光纤分束, 由光纤的芯径和单元发散角计算离轴三反光学系统的焦距, 由光纤的数值孔径确定系统的入瞳直径范围, 光纤阵列的长度决定了光学系统的发射总视场。离轴三反光学系统采用正向设计、反向使用的思路, 将光纤阵列置于离轴三反光学系统焦面位置, 反向追迹光线, 可以得到光纤阵列上各元激光经光学系统后的高斯光束发散角大小和相邻元之间的角度关系。文中的设计实例实现了51元激光, 每一元以20 μrad的较小发散角出射, 实例表明, 该发射系统能实现多元激光微弧度量级的发散角出射, 在目标面上形成间隔均匀、圆对称性良好的足印光斑。该发射系统在设计的发射总视场内, 理论上不存在波束数的限制, 这是区别于其他发射系统的另一优势。
激光三维成像 准直系统 离轴三反 光纤阵列 3D laser imaging emitting system off-axis three-mirror system fiber-array 红外与激光工程
2016, 45(4): 0406001
Author Affiliations
Abstract
1 School of Mathematics, Qilu University of Technology, Jinan 250100, China
2 State Key Laboratory of Crystal Materials, Shandong University, Jinan 250100, China
We report, for the first time to our knowledge, a diode-end-pumped passively mode-locked (ML) Nd-doped gadolinium gallium garnet laser based on a chemically reduced graphene oxide (RGO) saturable absorber mirror. The ML laser gives a pulse duration of 15.1 ps under the maximum average output power of 1.44 W, corresponding to a slope efficiency of 21.1%. The single-pulse energy and peak power are 21.6 nJ and 1.43 kW, respectively. The results indicate that our RGO saturable absorber has promising prospects for applications in high-power and high-efficiency ultrafast lasers.
140.3460 Lasers 140.3538 Lasers, pulsed 140.4050 Mode-locked lasers Chinese Optics Letters
2015, 13(2): 021401
Author Affiliations
Abstract
State Key Laboratory of Crystal Materials, Shandong University, Jinan 250100, China
A compact saturable absorber mirror (SAM) based on few-layer molybdenum disulfide (MoS2) nanoplatelets was fabricated and successfully used as an efficient saturable absorber (SA) for the passively Q-switched solid-state laser at 1 μm wavelength. Pulses as short as 182 ns were obtained from a ytterbium-doped (Yb:LGGG) bulk laser Q-switched by the MoS2 SAM, which we believe to be the shortest one ever achieved from the MoS2 SAs-based Q-switched bulk lasers. A maximum average output power of 0.6 W was obtained with a slope efficiency of 24%, corresponding to single pulse energy up to 1.8 μJ. In addition, the simultaneous dual-wavelength Q-switching at 1025.2 and 1028.1 nm has been successfully achieved. The results indicate the promising potential of few-layer MoS2 nanoplatelets as nonlinear optical switches for achieving efficient pulsed bulk lasers.
Lasers Lasers solid-state solid-state Nonlinear optical materials Nonlinear optical materials Nanomaterials Nanomaterials Photonics Research
2015, 3(2): 02000A25
1 山东大学 晶体所 晶体材料国家重点实验室, 济南 250100
2 山东理工大学 理学院, 山东 淄博 255049
搭建了Nd:YVO4/SESAM锁模激光器,采用LDA泵浦的Innoslab对其进行功率放大,最后同步泵浦MgO:PPLN实现了宽调谐皮秒中红外光参量运转。通过改变MgO:PPLN的温度和通道,实现了信号光1415~1557 nm、闲频光3362~4290 nm范围的宽调谐输出,其中最高的光光转换效率为17.5%。同步泵浦功率为16 W,脉冲重复频率为116.9 MHz时,同时获得1.33 W的1518 nm信号光和1.26 W的3558 nm闲频光输出。
光参量振荡器 中红外激光 皮秒同步泵浦 Innoslab板条放大器 optical parametric oscillator MgO:PPLN MgO:PPLN mid-infrared laser picosecond synchronously pumped Innoslab laser amplifier 强激光与粒子束
2015, 27(12): 121005
1 山东大学晶体材料国家重点实验室， 山东 济南 250100
2 山东理工大学理学院， 山东 淄博 255049
利用两片半导体可饱和吸收镜(SESAM)实现了稳定的被动锁模激光运转，获得了比单SESAM连续波锁模脉宽更窄、长时间运转稳定性更高的皮秒脉冲。理论上利用分步傅里叶变换法数值求解描述饱和吸收体被动锁模动力学过程的Haus主方程，模拟了双SESAM被动锁模的脉冲演化过程，分析了锁模激光脉冲形成过程与双SESAM可饱和吸收损耗系数q1和q2的关系,并计算得到了锁模脉冲宽度和锁模稳定区域等参数。计算结果与实验结果较为吻合。
激光器 被动锁模 半导体可饱和吸收镜 脉冲动力学 Haus主方程 全固态激光器
