在强背景下的窄线宽激光回光探测研究中, 采用光谱滤波的方式可以滤除背景光, 提高探测系统的信噪比; 对于光栅滤波系统而言, 考虑到信号光经过大气信道传输后会引起波前相位畸变, 而这会对系统的滤波性能产生一定影响, 故而有必要对其进行深入研究。针对光栅光谱滤波在激光大气传输探测方向的应用, 从激光大气传输理论和光栅衍射原理出发, 建立了光栅在入射光场为大气扰动光场时的光谱光强分布仿真模型, 分析了大气相干长度以及系统结构参数对系统性能的影响, 给出了光栅光谱滤波技术系统及大气适用条件, 当大气相干长度r0>0.05 m时, 得到了亚纳米级的光谱滤波线宽(半峰全宽FWHM为0.3 nm), 有效光谱的透射率也超过了0.90, 并通过大量仿真实验进行了验证。

基于脉冲激光测距原理, 推导了飞行目标激光测距回光功率的一般方程。基于目标探测跟踪系统的瞄准误差理论, 结合测距方程建立了系统准测概率的计算模型。利用Matlab软件仿真分析了激光发散角、系统跟踪精度、目标尺度、探测距离及系统接收口径对回光稳定性的影响。设计了一个飞行目标脉冲激光测距系统, 并根据理论分析结果确定了该系统参数, 搭建了实验平台。通过对无人机靶板目标的跟踪测距实验, 验证了系统的探测性能。通过对比不同大小靶板目标的准测概率与理论推算结果, 验证了该模型的有效性。

对于飞行目标轨迹测量中常用的脉冲激光测距系统,回光波形的变化对其测距精度的影响尤为显著。为了研究回光波形变化造成的测距误差,深入分析了复杂三维飞行目标的回波特性。以典型的调Q脉冲激光测距为基础,探讨了调Q脉冲激光发射脉冲的数学描述,建立了一种通过飞行目标的反射特性、表面形状及姿态信息计算回波功率分布的理论模型。在此基础上,以典型目标为例建立了目标模型,通过仿真模拟研究了脉冲激光回波特性,分析了目标姿态变化对回波特性及回波畸变测距误差的影响。搭建了脉冲激光测距实验系统,加工制作了模拟目标并进行了验证实验。实验结果表明,飞行目标姿态变化引起的回波脉冲展宽及回波畸变测距误差变化规律与理论分析基本一致,验证了所建理论模型的有效性。

采用多层介质膜衍射光栅实现多路高功率光纤激光共孔径光谱合成有望成为光纤激光同时实现高功率、高效率和高光束质量的最具发展潜力的技术途径。搭建了一套基于双光栅色散补偿设计的5 kW共孔径光谱合成系统。采用国产多层介质膜衍射光栅实现了5路kW级窄谱子束激光的高效优质共孔径光谱合成,最大输出功率达5.07 kW,光束质量因子(M2)小于3,合成效率达到91.2%。初步研究表明: 多层介质膜衍射光栅在较高功率水平、较宽光谱范围内均能保持较高衍射效率,是实现高功率光纤激光高效率光谱合成的重要器件; 参与合成的子束自身的光束质量水平和线宽是影响合成输出光束质量的重要因素,光谱合成系统的输出功率主要受限于窄谱子束的输出功率和合成路数,增加窄谱子束的功率或合成路数均可进一步提升系统的输出功率。