提出一种半主动寻的激光制导干涉编码方法, 在传统时序编码基础上加入多子光束相干发射系统产生的空间干涉图样, 形成时空域相融合的编码信号。设计一种多子光束相干发射系统, 依据子光束良好的空间相干性进行空间构图, 形成编码可控的空间干涉图样。计算结果表明: 当参数K值(子光束对角线之比)在2.5~3.5之间时, 干涉图样明暗相间程度最为明显, 干涉图样最为纯净; 当子光束相干发射系统中分束镜的位置偏移小于0.1 ?姿(?姿为激光波长), 角度偏离小于0.1 ?兹0(?兹0为光束发散角)时, 发射系统机械振动对制导系统的影响可忽略不计。

由于采用传统编码方式的半主动寻的激光制导技术已经无法满足现代战争的需要,提出一种基于多子光束干涉的时空融合制导系统。将空间"水印密钥"编码信息与传统时序编码信息相结合, 生成一种新型时空融合编码信号。所用激光器被等功率的分为N个子光束, 从而根据子光束间良好的空间相干性生成具有一定规则的空域图样。计算结果表明, 空间干涉图样具有独特的明暗相间特性; 当发射系统的位置抖动精度小于0.1λ(λ为激光波长), 角度抖动精度小于0.1θ0(θ0为光束发散角)时, 发射系统的机械振动对制导系统的影响可忽略不计。该方法大幅度提升了半主动寻的制导系统的识别能力以及打击距离。

提出一种基于多子光束干涉的时空域水印融合制导系统, 将空域“水印密钥”干涉编码与传统时域编码相结合, 形成时空域相融合的水印编码信号; 设计一种多子光束相干发射系统, 将来自于同一激光器的激光光束等功率的分为N个子光束, 子光束在空域内形成编码可控的水印干涉图样.结果表明, 干涉图样具有特定的明暗相间识别特性,时空域融合编码信号具有作用距离远, 抗干扰性强的突出优势.在多子光束相干发射系统中, 当分束镜的位置偏移小于0.1 λ(λ为激光波长), 角度偏离小于0.1θ0(θ0为光束发散角)时, 发射系统机械振动对水印制导系统的影响可忽略不计.

在大功率端面抽运固体激光器中, 传统Nd∶YAG晶体吸收谱线较窄, 极易受到抽运源因温度发生波长漂移的影响, 导致激光器输出功率出现起伏变化。为了降低激光器对抽运源温度波长漂移的敏感程度, 将具有优良热物性参数的Nd∶YAG晶体和具有宽吸收谱特性的Nd∶YVO4晶体相结合, 通过前后组合放置的方式, 由前端Nd∶YAG晶体吸收大部分抽运光能量, 用后端Nd∶YVO4晶体对未被吸收的抽运光能量进行补充吸收。当抽运源出现波长漂移时, 两种晶体通过互补吸收的方式, 使激光器吸收效率和输出功率保持稳定, 从而降低抽运源温度波长漂移对激光器产生的影响。实验表明, 在抽运功率97.5 W时, 这种双晶体组合方案可在抽运源工作温度为22~32 ℃内, 实现对抽运光大于90%的吸收效率, 同时激光器输出功率不稳定度小于8%, 有效改善了激光器对抽运源温度波长漂移的敏感程度。

在固体激光器中, 热效应会同时影响抽运光和振荡光的空间分布。研究表明, 对于端面抽运固体激光器而言, 通常存在一个特定的抽运功率区间, 使抽运光与基模振荡光在热效应的作用下, 在增益介质内部高度重合, 激光器的抽运光效率和光束质量得到大幅度提升。利用这一特点, 设计了一种激光器, 在抽运功率为105~115 W时, 实现了抽运光与基模振荡光空间分布的高度重合, 激光器光束质量因子小于2.3。在此区间外, 激光器光束质量因子迅速增加到3以上。提出了一种计算上述抽运功率区间的优化算法, 在端面抽运固体激光器中, 可以快速寻找到理想的抽运功率区间, 并与上述实验进行对比, 结果表明使用该方法寻找到的抽运功率区间与实验所得到的区间高度吻合, 相对误差低于5%, 可靠性高。

在端面抽运固体激光器中, 就如何改善在高抽运功率时输出激光的光束质量, 提出一种激光器的设计方法。在激光器谐振腔中放入多根掺杂浓度不同的激光介质, 利用激光介质内部产生的热透镜控制抽运光和基模振荡光的空间分布, 并且最大限度地使抽运光的分布区和基模振荡光分布区重叠, 实现抽运光与基模振荡光在空间上高度匹配, 进而提高抽运光能量的利用效率和振荡光的光束质量。实验表明, 在不同抽运功率下, 抽运光和基模振荡光在晶体内部的光斑的空间分布可通过热透镜加以控制。在端面抽运功率200 W附近时, 实现了抽运光与基模振荡光较高程度匹配, 光束质量因子M2由14.7改善为4.1。

采用Nd∶YAG与Nd∶YVO4晶体组合应用的方案,将具有优良导热和光电性能的Nd∶YAG晶体作为抽运光的前端吸收晶体，其后端放置具有较宽吸收谱的Nd∶YVO4晶体，用来吸收由于谱宽不匹配而没有被Nd∶YAG晶体吸收的抽运光能量成分。两种晶体在波长1064 nm处的发射谱相互重叠，其吸收的抽运光能量可以转化成共同波长的振荡激光，提高了抽运光的利用效率。这种组合应用的方式还可以有效抑制振荡光功率随抽运源工作温度变化而产生的波动。实验证明，采用这种激光晶体的组合应用方案，相对于单一Nd∶YAG晶体方案，激光器的光光转换效率可提升22.9%，输出功率对温度的敏感度由7%降到1%以内。

大功率固体激光器中，由于抽运光分布和热效应之间存在复杂的相互作用，所以在对热效应的理论分析中不能沿用小功率下的处理方法，否则会带来很大的误差。提出一种反复迭代的数值处理方法，充分考虑抽运光和热效应之间的相互作用，在此基础上，对一些典型的端面抽运固体激光器的热效应和抽运光分布进行了分析，研究了不考虑这种相互作用所带来的理论计算的误差。将介质对抽运光的吸收长度和粗估的热透镜焦距进行比较，提出了一个用于判断热效应和抽运光相互作用强度的参数K，根据K的值可以判断在理论分析中是否需要考虑两者的相互作用。研究表明，当K小于0.1时，抽运光和热效应相互作用所产生的影响小于3%。