激光器是机载远程光电探测系统的重要组成部分,其性能直接决定系统应用效果。首先从激光测距方程出发,分析不同探测体制以及双波长探测需求; 然后针对半导体泵浦固体激光器进行研究,并对不同双波长实现方式进行了分析; 最后通过试验验证,实现了高能量双波长激光输出。试验结果表明: 通过主动电光调Q技术和LD侧面泵浦共腔谐振技术,可以实现高重频窄脉宽1.064 μm和1.57 μm双波长激光输出。

针对铌酸锂(LN)电光调Q开关性能一致性差、退压式调Q时无法完全关断光路的问题进行了系统研究。在闪光灯泵浦Nd∶YAG激光系统中, 对多块LN电光调Q开关的退压式电光调Q性能进行了对比测试, 并从电光调Q理论出发, 分析了光路无法关断的可能原因。在此基础上, 利用X射线定向仪、锥光干涉法对各晶体的轴向偏差、光学均匀性进行了表征, 首次发现了LN晶体的电光不均匀性, 即感应主轴偏离理论上的45°方向、通光截面各处感应双折射不一致。通过对比实验, 证实了电光不均匀性是造成光路无法关断、不同开关性能差异较大的主要原因。

研制了一种基于铌酸锂(LN)电光调Q的高重复频率窄脉宽短腔激光器.通过测量激光穿过置于正交偏振镜间的电光晶体后, 透射强度随晶体上施加的脉冲高压的变化情况, 探究了不同尺寸LN晶体中的压电振铃效应, 并与磷酸钛氧铷(RTP)晶体中的压电振铃效应进行了比较.实验发现, 块状LN晶体中的压电振铃效应严重, 而小尺寸LN晶体中的压电振铃效应和RTP晶体中的相似, 基本可以忽略.结合压电效应理论得出, 压电振铃效应的强弱与外加电压大小及晶体固有的压电共振频率有关, 电压越低, 压电共振频率越大, 压电振铃效应越弱.在此基础上, 制备了可高重频应用的尺寸为1.2 mm×9 mm×9.4 mm的LN调Q开关, 并实现了LN晶体的高重频调Q运转.激光增益介质采用具有较大受激发射截面和较短荧光寿命的Nd∶YVO4晶体, 其一端镀有1.064 μm的全反膜, 另一端沿布儒斯特角切割, 从而省去了全反镜和偏振镜, 缩短了腔长。泵浦源采用中心波长为808 nm的光纤耦合激光二极管.设计的激光器谐振腔长度仅为20 mm。在退压式电光调Q运转下, 获得了最大重复频率为15 kHz、脉宽为5.4 ns、峰值功率为2.94 kW的稳定的激光输出.

针对机载激光测距及激光指示应用需求, 设计了一种紧凑可靠的电光调Q脉冲激光器。从调Q速率方程出发, 分析了激光器输出能量随优化参数z增大而增大、脉宽随z增大而减小的关系。采用6 mm×56 mm的Nd∶YAG激光晶体, LD侧面泵浦, 角锥棱镜作为折光器的u形折叠式非稳腔, 在增益满足的前提下, 提高谐振腔抗失调能力。在注入电脉冲1.2 J 条件下, 激光器单脉冲能量输出为 108 mJ, 脉冲宽度为 11.8 ns, 能量不稳定度<0.8%; 光-光效率18%, 可长时间稳定运行。

报道了半导体激光器双端面抽运单频调Q Nd:YAG激光器。采用磷酸钛氧铷（RTP）电光晶体作为腔内相位调制器主动调谐腔长，实现单频种子注入，获得稳定的单纵模输出。采用另外一对RTP电光晶体作为调Q开关，在900 Hz重复频率下，利用单振荡级获得单脉冲能量为7.5 mJ，脉宽为14.6 ns，线宽为45 MHz的1064 nm激光脉冲序列输出。激光束在水平方向和垂直方向的光束质量M2值分别为1.30和1.36。输出激光2 min的频率稳定性为1.1 MHz，线宽稳定性为0.52 MHz。在传导冷却结构中，实现了高频率稳定性和线宽稳定性的窄线宽单频脉冲激光的输出。

设计了半导体激光器双端面抽运的种子注入Nd:YAG 绿光激光器。通过优化谐振腔结构参数设计，实现增益介质激活区域与基横模体积的良好匹配，获得稳定的基横模输出。48 h连续运转，输出的脉冲能量不稳定度小于2.9%，并确保单频输出。在传导冷却结构中，实现了高光束质量、高重复频率、窄脉冲宽度且可调谐的532 nm单频绿光的稳定输出。在重复频率为1 kHz时，最大输出脉冲能量大于4 mJ，脉冲宽度约为6.5 ns。激光束在水平方向和垂直方向的光束质量M2值分别是1.166和1.158。输出单频绿光激光的连续调谐范围可达到15 GHz。

报道了一种激光二极管(LD)端面抽运生长型复合晶体的RTP电光调Q激光器，实现了最高重复频率150 kHz的TEM00模激光输出，并且对比了生长型复合NdYVO4和NdGdVO4晶体在高重复频率电光调Q激光器中的表现。实验表明在中小抽运功率下，具有更大发射截面和适中上能级寿命的复合NdYVO4晶体更容易在高重复频率电光调Q运转下实现高峰值功率的窄脉宽激光输出。在高抽运功率下，相比于复合NdYVO4晶体，热性能更加出色的复合Nd:GdVO4晶体更适合作为高重复频率电光调Q运转的激光增益介质。

高重复频率窄脉宽全固态激光器在激光加工领域以及空间激光通信、激光雷达、激光测距等空间应用领域都具有巨大的市场需求和广阔的应用前景。利用电光调Q方式可以获得窄脉宽、大能量激光脉冲输出, 且具有良好的稳定性。近年来, 随着新型电光晶体的出现, 电光调Q开关的工作重复频率得到了显著的提高。主要综述高重复频率电光调Q全固态激光器在高速Q开关性能及激光输出方面的研究进展, 并简要报道了研究小组在该研究领域取得的最新实验结果。