[發明專利]一種星載大能量雙波長單頻脈沖激光器

有效

• 申請號: 202011554196.0
• 申請日: 2020-12-24
• 公開（公告）號: CN112670815B
• 公開（公告）日: 2022-12-20
• 發明（設計）人: 趙一鳴;李靜;周永升;葉青;姜國慶;于勇;李涼海
• 申請（專利權）人: 北京遙測技術研究所;航天長征火箭技術有限公司
• 主分類號: H01S3/115
• 分類號: H01S3/115;H01S3/00;H01S3/16
• 代理公司: 北京巨弘知識產權代理事務所(普通合伙) 11673
• 代理人: 王輝

本發明提供一種星載大能量雙波長單頻脈沖激光器，包括種子激光器系統、從動激光器、注入鎖定控制器系統、一級放大系統、二級放大系統和倍頻系統。采用連續種子注入至從動激光器實現單頻脈沖激光輸出，在從動激光器中采用調節電光Q開關的電壓實現諧振腔的輸出耦合透過率調節，Q開關上加的電壓越低，輸出透過率越高，電光Q開關的工作電壓由幾千伏降低至幾百伏，大大降低了技術風險，避免了在星上使用高壓組件，提高了激光器的可靠性；采用兩級高效放大器，實現大能量單頻高光束質量的基頻光輸出；采用高效倍頻技術實現兩波長激光輸出，適用于多平臺應用，尤其是星載平臺。

技術領域

本發明涉及激光器技術領域，具體涉及一種星載大能量雙波長單頻脈沖激光器。

背景技術

激光遙感技術是一種主動遙感探測技術，具有探測精度高分辨率高、可全天候工作、體積小重量輕等優勢。激光遙感技術廣泛應用在測距、測速、大氣探測、海洋探測和軍事等領域。

在空間激光遙感領域，單頻窄線寬的脈沖激光器是高光譜分辨率激光雷達、大氣風場探測激光雷達和溫室氣體差分吸收激光雷達的核心探測光源。利用單頻窄線寬激光探測光源和濾波器，高光譜分辨率激光雷達可以從大氣散射中分離米散射和瑞利散射光譜，從而可以實現高精度的定量的氣溶膠濃度探測，實現高精度的大氣顆粒物光學參數探測，大大提高后級大氣顆粒物質量濃度、粒子半徑等微物理參數反演的準確性。

高空間分辨力和高時間分辨力的測風對大氣建模和預測各種大氣現象尤為重要。美國NASA、歐洲ESA多次組織專家論證共同認為：“星載激光多普勒測風雷達是唯一的可直接測量全球風剖面的儀器，能以前所未有的覆蓋區域和精度給出全球三維風場數據。”星載激光測風雷達的時空分辨力高、速度分辨力高、測速范圍廣、抗干擾能力強，同時具有全天候、運行軌道高、觀測視野廣、不受觀測區域限制等優點，成為全球范圍內直接獲得三維風場廓線有力的測量工具。星載激光測風雷達可以提供高精度的全球風場模型和數值天氣預報，為數值天氣預報和氣候科學研究提供全新數據，明顯提升氣象服務業務能力。無論是直接探測還是相干探測的測風激光雷達，其激光探測光源都需要具有單頻窄線寬、高頻率穩定等特點。

CO₂是主要溫室氣體之一。利用空間大能量單頻窄線寬激光器作為探測光源，星載CO₂探測激光雷達可以實現對全球范圍內CO₂濃度和分布的探測，可以對天氣和氣候的形成和變化提供數據依據，可以對災害性天氣和氣候進行預報和分析，還可以促進對氣候變化、全球碳循環的認知和預測，從而更好地改善地球環境。

星載高光譜分辨率激光雷達、星載大氣風場探測激光雷達和星載溫室氣體差分吸收激光雷達均要求探測光源輸出大能量、單頻窄線寬、高穩定性、高光束質量的脈沖激光。單個激光器很難實現上述技術指標。一般采用注入鎖定技術方案，將一束單頻連續種子激光注入到從動激光器中，將從動激光器的頻率鎖定在種子激光頻率上，實現單頻脈沖激光輸出，然后經過多級放大器實現大能量單頻脈沖激光輸出。另外一種方案是將單頻連續的種子激光進行AOM斬波成脈沖激光，然后通過多級放大器實現單頻脈沖激光輸出。

但是這兩種方案都不能適用于多平臺，尤其是高光譜分辨率氣溶膠探測激光雷達、星載測風激光雷達、和星載測距激光雷達等探測光源。

發明內容

本發明是為了解決星載平臺激光雷達基頻光輸出的問題，提供一種星載大能量雙波長單頻脈沖激光器，采用連續種子注入至從動激光器實現單頻脈沖激光輸出，在從動激光器中采用調節電光Q開關的電壓實現諧振腔的輸出耦合透過率調節，Q開關上加的電壓越低，輸出透過率越高，電光Q開關的工作電壓由幾千伏降低至幾百伏，大大降低了技術風險，避免了在星上使用高壓組件，提高了激光器的可靠性；采用兩級高效放大器，實現大能量單頻高光束質量的基頻光輸出；采用高效倍頻技術實現兩波長激光輸出。