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脉冲半导体激光器高速三维成像激光雷达研究

论文系统研究了激光雷达的相关理论和关键技术,详细讨论了成像激光雷达的测距体制和成像方式,在此基础上提出了一种采用半导体激光器的高速三维成像激光雷达研究方案,全面分析了该方案的主要理论问题和关键技术问题,并成功研制出了实验室样机,利用样机进行了大量的系统实验。实验结果表明,所研制的成像激光雷达的主要性能指标与理论设计基本一致,具有成像速率高、图像分辨率高、测距精度高以及可同时获得高精度强度图像等优点。论文首先对激光雷达的相关理论进行了系统的总结和研究。根据朗伯余弦定律推导出激光雷达方程的一种便于使用的形式,根据统计信号检测理论提出了一种计算作用距离的有效方法。详细研究了APD探测器的输出噪声和信噪比。讨论了激光在大气中的传输特性,计算了波长为905nm的激光在大气近距离范围内的透射率。由朗伯余弦定律计算了目标对激光的散射特性,根据太阳光和满月月光在地面的照度分别计算了目标对太阳光和月光的散射特性,根据普朗克公式计算了目标自身的热辐  (本文共162页) 本文目录 | 阅读全文>>

浙江大学
浙江大学

新型三维主动光学成像理论与系统研究

三维主动光学探测技术或三维激光激光雷达技术是一种可以获得目标三维空间信息的新型光学探测技术,目前已经广泛应用在目标识别、机器人视觉、地形勘测、三维物体建模等各个领域。三维主动光学成像技术在远距离探测上较其他的三维探测技术有速度快、分辨率高和可靠性高的优点。三维主动光学成像技术作为一种新型的三维探测技术本身还在发展之中,理论基础也在建立之中。本论文在理论上分析了影响三维探测性能的因素,提出并实现了新型的三维探测方法与系统。从光源上将已有的三维主动光学成像系统划分为连续光源三维成像系统和脉冲光源三维成像系统。从光源、光传播介质、目标、背景和光电接收器等方面分析了影响以上两种三维成像系统性能的因素。从信息学的角度,分析了已有的三维主动光学成像系统的性能,提出了测距极限分辨率的概念。通过对连续光源三维成像系统的分析,从优化光源调制方式角度提出了半波相关鉴相法,将测距极限分辨率提高了28%~50%。通过将间接差频测距概念引入连续光源三维成...  (本文共129页) 本文目录 | 阅读全文>>

中国科学院研究生院(西安光学精密机械研究所)
中国科学院研究生院(西安光学精密机械研究所)

基于LIDAR应用的全固化激光技术研究

激光器是激光雷达的核心,其性能指标直接决定了激光雷达的主要技术参数。基于脉冲测距体制的激光三维成像雷达是激光雷达的重要成员之一,要求激光器需具有高重复频率、窄脉冲宽度、高光束质量、高效率和体积小、重量轻等特点。本论文针对激光三维成像雷达的应用,对半导体激光器(LD)泵浦的被动调Q微腔激光器和基于主振荡功率放大(MOPA)掺Yb~(3+)脉冲全光纤激光器进行了研究,并研制出MOPA脉冲光纤激光器工程样机,在激光三维成像雷达上进行了应用。本论文的主要工作和创新结果包括以下几个方面:1.基于Cr~(4+):YAG被动调Q速率方程,推导得出了激光脉冲输出特性相对于两个无量纲常变量z和α的函数;利用相应函数,对脉冲能量、峰值功率、脉冲宽度、激光效率等激光脉冲参数特性进行数值模拟和理论分析,为被动调Q微腔激光器的设计提供了理论指导。2.搭建了LD泵浦Nd:YAG/Cr~(4+):YAG被动调Q微腔激光器系统,实现稳定调Q激光脉冲输出。并针对...  (本文共115页) 本文目录 | 阅读全文>>

中国科学院研究生院(长春光学精密机械与物理研究所)
中国科学院研究生院(长春光学精密机械与物理研究所)

无铝半导体激光器列阵及其组装技术的研究

由于半导体激光器列阵及叠阵在军事上有很大应用,发达的资本主义国家在大功率半导体激光器线阵及叠阵方面对中国实施禁运,技术上处于绝对保密状态,因此我们必须依靠自己的力量研究。目前国内对半导体激光器列阵及叠阵的组装技术还不成熟,国内外还没有用于半导体激光器列阵及叠阵的组装设备,各个研制半导体激光器列阵及叠阵的机构对焊料的使用还互相保密,因此本人对半导体激光器的结构、组装技术、焊料、组装设备进行了如下研究:对无铝半导体激光器的结构进行了设计,在理论上对半导体激光器列阵及叠阵进行了研究。对它的各个参数进行了优化。对半导体激光器的性能进行了研究,对它的寿命、可靠性进行了研究。对半导体激光器线阵及叠阵的制作过程、工艺进行了研究,制作出半导体激光器线阵条。采用多层金属交替生长的方法,研制出一种新型的焊料结构,防止了焊料的氧化和上爬(已在国外刊物发表)。利用这种结构的焊料,我们成功地组装出单条无铝线阵脉冲功率100W的线阵,无铝叠阵脉冲功率为60...  (本文共125页) 本文目录 | 阅读全文>>

吉林大学
吉林大学

半导体激光器及其列阵的无损检测技术研究

本文选题于吉林省高技术重大项目“大功率激光器质量检测及筛选设备开发”,以电导数方法为主,深入研究了高功率半导体激光器及其列阵的可靠性检测技术。首先,在研究了半导体激光器电导数特性以及电导数测量方法的基础上,首次提出基于虚拟仪器技术的电导数测量方法,设计了基于虚拟仪器软硬件开发平台的高功率单管激光器电导数测试系统,实现了高功率单管激光器的电导数测量。对多批不同结构高功率激光器的电导数测试结果表明,该系统性能稳定,测试结果一致性良好,为高功率单管激光器的质量和可靠性评价、失效机理分析提供了一种快速、无损、方便的方法。在此基础上,首次将电导数方法推广应用到激光器列阵的可靠性检测。设计了高功率激光器列阵的电导数测试系统,获得了激光器列阵的电导数曲线以及相关参数。对几十支不同结构的高功率激光器列阵的测试结果初步表明了电导数方法评价列阵器件质量的可行性。进而建立了列阵激光器的等效电路模型,为应用电导数技术测量列阵激光器的可靠性提供了理论依据...  (本文共122页) 本文目录 | 阅读全文>>

西安电子科技大学
西安电子科技大学

半导体激光器光束传输特性研究

半导体激光器和半导体激光器阵列具有结构紧凑、高亮、高效等特点,在科研和工程领域有极其广泛的应用,这是其它激光器无法比拟的。但是同时半导体激光器也有一些缺点。由于波导结构的特点,造成半导体激光器的光场分布复杂。对于典型的大功率半导体激光器器件,发光点尺寸约100μm,输出光束的发散角大,一般属于多模工作状态。以上特点造成半导体激光器输出光波空间分布质量差,亮度不高。因此在许多应用领域中,必须对光束整形,这就需要准确地了解半导体激光器的远场光分布及其传播特性,以便更有效的利用。本论文针对不同类型半导体激光器的光场分布,分析了它们的光场特点,提出合理的模型描述了其特性;给出较准确的远场光强分布表达式,并推导出其通过光学系统的变换特性,进而讨论了半导体激光器光束的光场传播规律。论文的主要工作如下:以椭圆厄米高斯光束为一类半导体激光器的出射光束光场模型,分析了此类半导体激光器光束通过一阶光学系统的聚焦准直特性。运用Collins公式,从理...  (本文共119页) 本文目录 | 阅读全文>>

浙江大学
浙江大学

外腔注入振荡改善半导体激光器模式特性的研究

本文对半导体激光器输出激光的模式特性、振荡特性以及外腔反馈注入半导体激光器改善其模式特性的技术开展了一系列的研究工作,建立了一套实用有效的外腔反馈注入振荡系统,并对两种不同类型的半导体激光器(半导体激光器列阵和宽接触条形半导体激光器)进行了实验研究和理论分析,成功获得了窄线宽单瓣近衍射极限的激光输出。文中提出了一个结构简单,输出稳定,腔内器件失调不灵敏的半导体激光器外腔反馈一次注入系统,并用光线传输矩阵对该外腔的特性进行了详细的理论分析。在半导体激光器列阵的外腔实验研究中,获得远场分布光瓣宽度(FWHM)为0.46°,相应于光束质量为1.12倍衍射极限的激光输出。在宽接触条形半导体激光器的外腔实验研究中,设计了一个新颖的外腔结构,即通过外腔使得注入激光在腔内多次往返放大,获得远场分布光瓣宽度(FWHM)为0.53°,相应于光束质量为1.3倍衍射极限,功率为320mW单瓣近衍射极限的激光输出。在前腔镜对增透膜的宽接触条形半导体激光...  (本文共124页) 本文目录 | 阅读全文>>