介绍了基于半导体激光器列阵的距离选通成像系统的总体组成, 针对系统的要求提出三种半导体激光器光束整形设计方案,并利用Zemax软件对三种不同结构的整形方案进行了仿真及实验对比分析。 结果表明叠层阵列宏透镜准直方案结构简单,对整形透镜的装配精度要求不高,成本低廉,但其对Bar条之间平行性和共面性要求较高; 光纤耦合阵列准直方案的光束发散角最小,但耦合损耗较大; 而基于柱状微透镜准直的叠层阵列光束整形方案具有较高的光收集效率和 较小的发散角,且工艺复杂性适中,适于远距离激光主动照明成像的工程应用。

针对现阶段激光器控制系统集成度不足,功能相对单一的现象,基于STM32设计了一种智能控制系统。系统搭载了基于EMWIN的人机交互界面,实现了脉冲激光器触摸屏控制。基于开发系统的高频时钟,产生多路脉冲宽度调制信号,实现了脉冲激光器的高精度控制:抽运电压0～1000 V连续可调;脉冲频率1～200 Hz多档位可调;脉冲宽度0～1000 μs连续可调,精度为20 μs。 电压与脉宽的调节均支持微调与粗调。系统搭载了温度传感器和超声波测距模块,能实时监控激光器工作温度和划分安全操作区域。同时设计了信号测量模块,采样频率为1～100 kHz。设计实现了激光器控制和测量的一体化,及激光器工作的过程控制与安全监控。

研制了脉冲宽度大、单脉冲能量大的绿光激光器, 其中脉冲重复频率与高速相机帧频同步, 且光纤耦合输出.激光器采用平凸非稳腔结构, 灯泵浦Nd∶YAG晶体, KTP晶体内腔倍频, 被动调Q方式, 实现了最大重复频率为300 Hz、脉冲宽度为70 μs、平均功率为38 W、单脉冲能量为126.7 mJ、光束发散角为3.5 mrad的532 nm激光输出.将该激光耦合到芯径为800 μm的光纤中进行水下实验, 耦合效率达到92%.

为了满足激光清洗中对多波长输出的需求,设计了能在一台激光清洗机中实现4个波长激光交替输出的光路控制系统。 基于BBO晶体的非线性效应,通过主控制器程序对光路中的运动控件进行切换, 实现在同一光路系统中输出4个波长。在激光器输出端用二套振镜系统实现了各个波长激光束的扫描输出,拓展了该激光清洗机的使用范围。实验结果表明设计的光路控制系统稳定可靠,简单易行。