Author Affiliations
Abstract
1 National Key Laboratory of Tunable Laser Technology, Harbin Institute of Technology, Harbin 150001, China
2 Department of Physics and Chemistry, PLA Army Academy of Special Operations, Guangzhou 510507, China
3 Zhengzhou Research Institute of Harbin Institute of Technology, Zhengzhou 450000, China
We demonstrate a high power, Er:LuAG single-longitudinal-mode laser in an anti-misaligned resonator. Based on the Faraday effect, a 1.61 W single-longitudinal-mode (SLM) laser is obtained with the double corner-cube-retroreflector (CCR) structure, and the tunable wavelength is 1649.2–1650.3 nm. Additionally, we investigate the anti-misalignment characteristics when the CCR moves and rotates along the optical axis. Furthermore, by utilizing the Er:LuAG amplifier, the maximum 2.32 W single-longitudinal-mode laser at 1649.6 nm is achieved. The beam quality factors M2 of the 2.32 W Er:LuAG single-longitudinal-mode laser are 1.23 and 1.25 along the horizontal () and vertical () directions, respectively.
Er:LuAG single-longitudinal-mode laser Faraday effect MOPA system double corner-cube-retroreflector resonator Chinese Optics Letters
2024, 22(2): 021401
1 天津大学 精密仪器与光电子工程学院，天津
2 天津大学 光电信息技术教育部重点实验室，天津
作为最具代表性的定向能载体，激光可用于高功率、长距离的无线能量传输。传统上激光无线传能一般通过跟瞄系统实现，而近年来发展的谐振激光自适应无线传能技术提供了一种无需跟瞄的新解决思路，受到广泛关注。文中分析比较了这两种方法的特点，展望了未来发展趋势，并对后者的核心免调试激光器的实现方法进行了总结。
激光无线传能 谐振激光传能 免调试激光器 猫眼逆反射器 wireless laser power transmission resonant laser power transmission alignment-free laser cat-eye retroreflector
1 中国科学院上海天文台，上海 200030
2 中国科学院大学，北京 100049
3 中国科学院空间目标与碎片观测重点实验室，江苏 南京 210008
4 上海大学机电工程与自动化学院，上海 200444
5 上海大学材料科学与工程学院，上海 200444
基于星载曲面镜的转发式激光时间传递具有零时延、高可靠性和高准确度等优势，但由于缺少合适的卫星试验平台，该技术目前仅限于理论分析，尚未获得有效试验数据及性能评估结果。本文将相邻的两套卫星激光测距（SLR）系统作为试验台站，以激光卫星上搭载的反射器作为转发载荷，开展了转发式激光时间传递试验研究。首先，介绍了转发式激光时间传递的基本原理及理论；然后，对上海天文台SLR系统进行适应性改造，搭建了转发式激光时间传递试验系统，并开展了不同激光卫星的实测试验；最后，分析获得的时间传递结果，研究影响该技术性能的主要因素。试验结果表明：该技术可以获得优于100 ps的精度以及ns的准确度，单向工作模式可行，为转发式激光时间传递的发展提供了有力支撑。
测量 卫星激光测距 激光时间传递 反射器 曲面镜 中国激光
2023, 50(18): 1804004
1 天津大学 精密仪器与光电子工程学院，天津 300072
2 光电信息技术教育部重点实验室-天津大学，天津 300072
3 天津津航技术物理研究所，天津 300308
4 天津索维电子技术有限公司，天津 300384
5 中国空间技术研究院钱学森空间技术实验室，北京 100094
为实现面向自适应激光无线传能应用的大范围免调试激光器，对基于猫眼逆反射器的端面泵浦Nd: GdVO4激光器开展实验研究；在补偿接收端的球差和场曲、优化激光器工作距离和接收端视场的基础上，分析发现发射端各透镜的场曲所导致的猫眼逆反射器离焦是限制其视场角度（接收端离轴量容限）的主要因素。基于Zemax软件对发射端场曲进行分析计算，并设计加工了矫正场曲的非球面透镜以避免接收端离轴情况下的发射端离焦，实现优化发射端视场的目的。使用优化设计的非球面透镜后，在5 m的长工作距离下激光器4.6°发射端视场内的输出功率均在其最高输出功率的50%以上，相比使用普通球面透镜时的结果得到显著的提升。对比理论设计和实验结果仍有一定差距，认为补偿激光晶体热透镜的像差是进一步优化发射端视场的关键。
免调试激光器 猫眼逆反射器 视场 像差 场曲 alignment-free laser cat-eye retroreflector field of view optical aberration field curvature 红外与激光工程
2022, 51(3): 20211108
Author Affiliations
Abstract
1 Institute of Laser and Optoelectronics, School of Precision Instrument and Optoelectronics Engineering, Tianjin University, Tianjin 300072, China
2 Key Laboratory of Optoelectronic Information Science and Technology (Ministry of Education), Tianjin University, Tianjin 300072, China
3 Tianjin Jinhang Institute of Technical Physics, Tianjin 300308, China
4 Tianjin Suowei Electronic Technology Co., Ltd., Tianjin 300384, China
5 Qian Xuesen Laboratory of Space Technology, China Academy of Space Technology, Beijing 100094, China
A multi-lens retroreflector with field curvature compensation was designed and used in an alignment-free distributed-cavity laser with a long working distance for resonant beam charging applications. The multi-lens design, which makes use of off-the-shelf components, also allows a large field of view (FoV) without requirement of large element aperture. By implementing this design, an end-pumped 1063 nm laser could deliver over 5 W continuous-wave output power over a large range of working distances (1–5 m) and with receiver FoV under an incident diode pump power of 16.6 W. The output power fluctuation was less than 10% when moving and tilting the receiver over such a large range, without requiring any realignment of the cavity.
alignment-free laser retroreflector field of view field curvature laser charging Chinese Optics Letters
2022, 20(3): 031407
1 中国科学院云南天文台，云南 昆明 650216
2 武汉大学测绘遥感信息工程国家重点实验室，湖北 武汉 430072
为了进一步提高地月激光测距精度，新部署单体大孔径的激光角反射器是下一代月球角反射器的主要选择，由于单口径角反射器相比阵列式反射器面积要小，反射器指向要求更高。针对这一问题，本文在不含二面角误差的理想角反射器前提下，通过数值模拟的方法分析了角反射器的有效衍射区域随激光光束入射条件的变化规律。在忽略大气影响的简化条件下模拟了地面3个激光测月台站对新布置角反射器的观测情况，通过Levenberg-Marquardt方法优化了角反射器的指向。结果表明，选择合适的指向可以将反射器有效衍射面积提高到80%以上，同时得到低纬度地面台站比高纬度台站更有利于观测的结论，提示我国应当充分利用已建成的两个低纬度激光测月台站，以期在未来地月激光测距和地月科学研究中发挥更大的作用。
测量 月球激光测距 角反射器 有效衍射区域 视天平动
西安工业大学光电工程学院, 陕西 西安 710021
基于激光动态散斑的时频信号,建立了一套适用于角反射器阵列的微动参数反演算法。首先利用物理光学方法推导了角反射器及角反射器阵列激光散斑的实时强度公式,然后基于短时傅里叶变换研究了散斑功率谱形成机制及其数字特征,最后提出了频谱相关法及时频-相幅变换算法,并采用该方法提取了动态散斑时频谱线周期及振幅分布,反演了三种典型运动状态下目标的自旋周期及旋转轴指向。结果表明:基于几个周期的散斑强度序列,所提反演算法可以得到高精度的旋转周期及视线角,但对旋转轴方位角的反演精度相对较差,需要更多的观测数据才能得到满意的结果。
遥感 激光散斑 激光探测 微动参数反演 角反射器阵列 时频分析
1 中国科学院大学, 北京 100049
2 中国科学院国家天文台长春人造卫星观测站, 吉林 长春 130117
3 中国科学院空间目标与碎片观测重点实验室,中国科学院紫金山天文台, 江苏 南京 210008
卫星形状效应是阻碍卫星激光测距(SLR)系统测距精度向毫米级发展的重要因素之一。基于卫星角反射器的实际分布,提出了角反射器不均匀分布(RUD)模型,计算了激光入射角与参与SLR过程的卫星角反射器个数、分布、反射强度的关系,分析讨论了卫星形状效应对SLR回波数据残差分布、卫星质心改正(CoM)值产生的影响。结果表明,与现有CoM模型不同,利用RUD模型计算得到的参与SLR反射的角反射器个数随激光入射角变化,角反射器分布分散且不对称,同纬度各角反射器反射激光强度不同,SLR回波波形中“拖尾效应”明显,与实测结果相符。同时,利用RUD模型得到的CoM值随激光入射角呈动态变化。对于Lageos-1卫星,长春站CoM平均值为248.1 mm,在国际激光测距服务组织的参考范围之内。
遥感 卫星激光测距 卫星形状效应 角反射器 卫星质心改正
1 合肥工业大学仪器科学与光电工程学院, 安徽 合肥 230009
2 中国科学院光电研究院激光测量技术研究室, 北京 100094
3 中国科学院大学, 北京 100049
偏振调制测距方法利用往返调制偏振光传递待测距离相位信息,角反射器作为其合作目标,其对调制偏振光的偏振响应会影响系统性能。为研究该响应,提出调制偏振光的复信号描述方法,在测量系统的全局坐标系下,结合偏振传递参数获得反射调制偏振光的复信号表示。分析了正入射时未镀膜实心(BK7)和空心(Au膜层)角反射器对调制偏振光的偏振响应特性;比较三种常用金属膜层对调制偏振光的保偏性能,并分析角反射器姿态角对保偏特性的影响。计算结果表明:Ag膜层对调制偏振光的保偏性能优于Au膜层和Al膜层;全局坐标系下调制偏振光振幅比受偏摆角影响显著,相位延迟受俯仰角影响显著。研究结果可为偏振调制测距系统的优化设计提供理论指导。
测量 激光测距 偏振响应 调制偏振光 角反射器 中国激光
2018, 45(12): 1204005
根据相关国标设计了一种便携式逆反射系数测试仪，用于测量交通标志、机动车车身标识和高能见度警示服等材料的逆反射系数。分析、比较了逆反射系数测量原理，基于相对测量法研制了逆反射系数测试仪。该逆反射系数测试仪以白色发散光作为光源，可以在近距离下模拟逆反射标识的实际工作状况，完成逆反射系数的测量。介绍了逆反射系数测试仪中光学系统、光电转换电路和STM32F103C8T6单片机控制系统的设计方法，建立了基于最小行车安全距离的逆反射系数测试角度的选择模型，完成了逆反射系数测试仪不确定度的评估。最后，利用研制的便携式逆反射系数测试仪进行了实验测试。 结果显示：在测试条件为（0.1~199.9） cd·lx-1·m-2时，其示值误差的最大值为4.40%；当测试条件大于199.9 cd·lx-1·m-2时，示值误差的最大值为1.31%，符合GB 26377-2010对示值误差的要求。设计的逆反射系数测试仪具有小型化和智能化的优点，对现场检测交通安全标识、机动车车身标识等具有实际意义。
逆反射标识 逆反射系数测试 逆反射系数测试系统 相对法 retroreflector coefficient of retroreflection measure coefficient of retroreflection measurement system relative method 光学 精密工程
2017, 25(12): 3096
