为了获得结构紧凑、光束质量高、光轴稳定性好的机载激光辐射器, 采用LD端面抽运构型与正交直角棱镜腔技术对该型激光器进行研究, 基于琼斯矩阵理论分析了特殊波片实现调Q关门的原理, 通过带曲率设计的直角棱镜腔镜,将腔型控制在大基模尺寸, 并实验对比了正交偏振关门与特殊波片关门两种方式。结果表明, 在正交偏振关门状态下, 20 Hz的工作重频时获得了单脉冲能量72.2 mJ、光束质量Mx2=8和My2=6的激光输出;基于K9玻璃的直角棱镜材料, 利用0.648λ波片进行调Q关门, 在20 Hz的工作重频下, 获得了单脉冲能量80 mJ、光束质量Mx2=5.7和My2=4.8的高光束质量输出, 其中激光器在x与y方向上的发散角分别为1.65 mrad和1.35 mrad。这一结果对高性能小型化激光器的研发是有帮助的。

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。

为了获得高效率多波段激光输出, 通过高重复频率驱动声光调Q技术和LD侧面泵浦技术, 获得高功率高重频窄脉宽1.06 μm激光输出。利用起偏器件获得垂直和水平两束1.06 μm线偏振光, 一束垂直线偏振光泵浦非线性晶体周期极化钽酸锂(PPLT), 实现1.46 μm与3.9 μm激光输出后与另一束1.06 μm水平线偏振光合束, 实现三波段共轴激光输出。在电源输入电流35 A、调Q驱动频率10 kHz的条件下, 获得140 W的1.06 μm激光。分束后泵浦PPLT获得最高功率为6.3 W的3.9 μm和8.6 W的1.46 μm激光, 差频转化效率为21.3%。试验结果表明: 通过高重频声光调Q技术和LD侧面泵浦技术, 可以实现高重频窄脉宽1.06 μm光输出, 泵浦PPLT可获3.9 μm和1.46 μm激光输出。

利用部分相干光理论,以具有双正交性质的复宗量厄米高斯(EHG)模为基底,推导出激光的EHG模相关系数(MCCs)和M2因子公式,建立了激光的EHG相干模表示与对应的常规厄米-高斯(SHG)相干模表示之间的关系,并讨论了两种典型的应用例。研究结果表明,激光的EHG模相关系数可以通过SHG模相关系数得到;当同阶模式的权重因子相同时,由彼此互不相关的EHG模式叠加而成的光束比由彼此互不相关的SHG模式叠加而成光束的光束质量更好。

给出了环状光束在柱坐标系下的一种描述模型,并利用广义衍射积分理论,推导出环状光束经过近轴ABCD光学系统的传输公式.在此基础上,通过数值模拟方法定量分析了环状光束的聚焦光强分布以及焦面处的桶中功率.研究结果表明,环状光束的聚焦特性与光束阶数以及系统菲涅耳数有关;环状光束在实际焦面和几何焦面上的桶中功率均随着遮拦比的增大而降低,而随着系统菲涅耳数的增大而增大.在实际工作中,通过合理地选取系统菲涅耳数和光束遮拦比可以有效地控制环状光束聚焦后的光束质量.

利用偏心高斯光束相干叠加的方法,建立了柱坐标系下环状光束的新模型.从广义衍射积分理论出发,经过大量数值计算分析,详细研究了环状光束通过球差透镜的聚焦特性,定量分析了环状光束的阶数L,M、偏心高斯光束的束腰宽度w0以及球差系数C4对聚焦光场实际焦点(轴上最大光强)位置以及轴上最大光强的影响.研究结果表明,本文提出的模型可统-描述基模高斯光束和环状光束.在透镜焦距和入射光束波长一定的情况下,环状光束通过球差透镜的聚焦特性不仅与透镜的球差系数C4有关,而且还与环状光束的阶数L,M以及偏心高斯光束的束腰宽度w0有关.

利用偏心高斯光束相干叠加方法,建立了柱坐标系下环状平顶光束模型.采用广义强度二阶矩定义,推导出环状光束广义M2因子的解析表达式.利用广义衍射积分理论,给出环状光束经过近轴ABCD光学系统的传输公式,并进一步给出了环状平顶光束修正的菲涅耳数定义.分析了环状平顶光束在自由空间的传输规律.研究结果表明,该模型可统一描述基模高斯光束、环状高斯光束以及环状平顶光束.环状平顶光束的广义M2因子和环状平顶光束的传输特性与其阶数及遮拦比有关.