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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>>

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(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)

用于激光雷达的高峰值功率全光纤脉冲激光器技术研究

高峰值功率全光纤脉冲激光器以其诸多优点成为激光雷达系统的重要光源,对提高系统的整体性能起到了至关重要的作用。本论文基于MOPA技术,主要致力于高峰值功率、窄脉冲宽度、全光纤脉冲激光器技术的研究,以及其在激光测距、激光三维成像中的应用。本论文的主要研究内容包括以下几个方面:1、首先对全光纤激光器的种子源进行了研究。采用半导体激光器作为种子源进行了实验研究,获得了脉冲宽度为1.5ns的脉冲激光输出;进一步对不同重复频率和不同脉冲宽度条件下种子源的脉冲激光输出进行了研究。在重复频率30kHz和50kHz条件下,分别获得了脉冲宽度为1.5ns、965ps和841ps的脉冲激光输出。2、对高峰值功率全光纤脉冲激光器进行了理论和实验研究。对直接调制的半导体激光器种子源、高效低噪声预放大器、高功率双包层光纤主放大器进行了研究。在重复频率50kHz时,获得了中心波长为1549.8nm、脉冲宽度为1.7ns的脉冲激光输出,峰值功率达到5.1kW。...  (本文共57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>>

《半导体光电》2017年05期
半导体光电

高功率980nm半导体激光器有源区制备中的Ⅴ/Ⅲ比优化

0引言波长为980nm的半导体激光器(LD)除了可用作掺铒光纤放大器(EDFA)的泵浦源[1-2],还被应用于光纤激光器及空间卫星技术[3]等方面。随着信息技术和光纤技术的不断发展,以及器件性能的不断提升[4-6],980nm半导体激光器的市场需求将会不断扩大。然而,我国目前的980nm LD芯片主要依赖于进口,特别是对于大功率的980nm LD芯片,这严重制约了我国相关产业的发展。因此,研制自主的大功率980nm LD芯片迫在眉睫。大功率980nm半导体激光器的芯片研制决定于结构设计、材料外延和芯片制备等环节,在器件结构的优化设计确定之后,高质量的外延材料是获得高性能器件的关键和基础,其中,InGaAs量子阱有源区的外延是重中之重[7-8]。半导体激光器的材料外延一般采用MOCVD技术,影响材料质量的外延条件有温度、压强、生长速率、衬底转速和Ⅴ/Ⅲ比等,其中Ⅴ/Ⅲ比是影响外延材料质量的重要因素之一,国内外学者已开展了广泛的研究...  (本文共4页) 阅读全文>>