双波长亚纳秒激光器——你是我的“眼”,带我领略海底的浩瀚

南京先进激光技术研究院周军研究员课题组论文“机载激光雷达用高重复频率亚纳秒双波长全固态激光器在《激光与光电子学进展》第55卷第8期发表,利用该机载双频激光雷达可对海底地形地貌进行测量,故有较高的实用价值。该文章被选为当期的封面文章。

由于海水对1064 nm近红外光的吸收比较强,而对532 nm的绿光吸收比较弱,因此可以利用此特性,将1064/532 nm双波长激光器照射到海水中,其中1064 nm的近红外光被海水表面反射,532 nm的绿光穿透海水由海底反射,通过接收器对两者信号进行分析即可得到海底的深度,机载激光雷达系统进行持续扫描即可得到海底的轮廓。

      反演海底轮廓示意图

5 kHz双波长亚纳秒激光器是根据后端机载雷达项目对于海底轮廓勘探的需求提出的。

该课题组根据海底勘测应用的需求,不仅要考虑到激光传输的距离较远,还需要保证测量的精度以及扫描的速度,最后确定激光器的参数为:单脉冲能量1~2 mJ,脉冲重复频率小于 5 kHz,脉冲宽度1~2 ns。由于不同激光晶体在吸收相同抽运功率情况下,Nd:YVO4晶体输出的调Q脉宽最窄,且其在808 nm的吸收比较强,故将激光器的结构定为主振荡功率放大(MOPA)结构。

Nd: YVO4级联放大器光学原理图

考虑到激光器对脉冲宽度、能量以及光束质量的需求,振荡级采用808 nm抽运可以缩短晶体的长度从而保证亚纳秒的调Q脉冲输出(下图左),后面级联放大器采用880 nm抽运可以减少晶体中热的产生,从而保证较高的光束质量输出(下图右)。

         

5 kHz主振荡级示意图(图左)                 5 kHz级联放大器示意图(图右)  

振荡级产生重频5 kHz、脉冲能量400μJ、脉宽1.1 ns的1064 nm基横模激光,通过878.6 nm零线抽运的Nd:YVO4级联放大器,脉冲能量和脉宽变为2.72 mJ和1.03 ns。其后通过通过LBO晶体腔外倍频,获得了脉冲能量1.54 mJ,倍频效率大于56%,激光脉宽小于910 ps,峰值功率1.7 MW的532 nm绿光激光输出。

该文对激光晶体及倍频晶体的选择原则、获得高能量窄脉宽的原理、实验装置及实验结果进行了较详细的描述,这些对同行有一定的参考意义,更多文章内容可点击查看:http://www.opticsjournal.net/Articles/Abstract?aid=OJ180811000063x4z7C0

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该封面文章为“激光雷达”专题中的文章,“激光雷达”专题已经在《激光与光电子学进展》第55卷第8期发表,点击查看专题文章