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CO2激光差分吸收雷达光发射系统的控制研究

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CO2激光差分吸收雷达光发射系统的控制研究

作者：生伟哈尔滨工业大学

学位级别：硕士

差分吸收雷达是一种测量大气污染的良好工具。具有时空代表性强,探测速度快,探测精度高等优点。光发射系统作为差分吸收雷达的重要组成部分,其性能的好坏将直接影响探测的结果。TEA CO激光器是差分吸收雷达的理想光源,是光发射系统的核... 详细信息

差分吸收雷达是一种测量大气污染的良好工具。具有时空代表性强,探测速度快,探测精度高等优点。光发射系统作为差分吸收雷达的重要组成部分,其性能的好坏将直接影响探测的结果。TEA CO激光器是差分吸收雷达的理想光源,是光发射系统的核心部件。TEA CO激光器快调谐的实现和控制的精度将决定光源能否满足差分雷达系统对其要求。能量监测与通讯也是系统不可缺少的部分。本文在对差分吸收雷达的工作原理概括的基础上,制定了光发射系统的光源(TEA CO激光器)部分的总体方案。确定了采用扫描振镜加固定光栅的方法实现快调谐;双机通讯上,完成了对差分吸收雷达主控机和激光器计算机接口的设计;完成了能量监测及数据处理;在实验方面,对振镜能否按要求高速旋转和在所需位置上的稳定性进行了研究,以及对触发信号是否正确进行了监测,实验测得谱线输出62条,重复频率100Hz,证明了快调谐方案的可行性和系统工作时序的正确性;在快调谐的基础上,完成了对激光的能量采集和数据处理,确定了最佳的能量采集时间,验证了数据处理的正确性;通过与主控机之间的联调实验(如按主控机给出的控制参数进行工作及能量监测等)表明,双机之间通讯正常,激光器计算机可按照主控机要求正常工作。

关键词：差分吸收雷达 TEA CO2激光器快调谐扫描振镜

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小型CO2差分吸收激光雷达系统的实验研究

小型CO2差分吸收激光雷达系统的实验研究

作者：李志博哈尔滨工业大学

学位级别：硕士

近年来随着大气污染的日益严重,对于大气污染物监测技术的要求也越来越高。传统的化学方法监测大气污染物已不能满足现在的需求,而利用二氧化碳差分吸收激光雷达系统进行大气污染物的监测已成为现阶段对大气污染物监测的重要手段。本文... 详细信息

近年来随着大气污染的日益严重,对于大气污染物监测技术的要求也越来越高。传统的化学方法监测大气污染物已不能满足现在的需求,而利用二氧化碳差分吸收激光雷达系统进行大气污染物的监测已成为现阶段对大气污染物监测的重要手段。本文结合二氧化碳差分吸收激光雷达技术的发展现状,设计一套可用于车载的小型差分吸收激光雷达系统并对其进行了初步外场实验测试。本课题设计并研制了一台小型双腔TEA二氧化碳激光器作为差分吸收激光雷达的光源。该激光器利用伺服电机驱动光栅调谐,可输出谱线数目达81条,强支谱线的输出达500mJ以上,弱支谱线的输出达40mJ,并具备在50ms时间内单腔切换输出两个不同波长的激光脉冲以及在微秒量级时间内两个激光器依次输出不同波长的激光脉冲的能力。并完成了激光器与发射系统(透射式发射天线、能量监测系统和伺服系统)和接收系统(卡式接收天线和HgCdTe探测器)的组装和联合调试。外场实验为差分吸收激光雷达的距离测量实验和浓度距离积的定性测量。距离测量实验中使用10P(24)谱线进行了实验,最远可在3.7km处测得有效的回波信号。实验中利用不同浓度的磷酸三乙酯模拟剂测试了系统对不同浓度距离积的分辨能力,测量结果显示系统具备对不同浓度磷酸三乙酯的浓度距离积的分辨能力。

关键词：差分吸收雷达 TEA二氧化碳激光器浓度距离积

TEA^(13)C^(16)O_2激光器的实验研究

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中国激光 2005年第9期32卷 1169-1172页

作者：张莉莉任德明曲彦臣姜永亮胡孝勇刘逢梅哈尔滨工业大学光电子研究所黑龙江哈尔滨150001

为扩展可调谐TEA CO2激光器的输出波长范围,增加差分吸收雷达可探测的物质种类,采用13C16O2代替激光器工作气体中的CO2成分。计算了TEA13C16O2激光器在Ⅰ波段两个分支上的小信号增益系数分布。利用平面光栅单色仪,在小型快调谐TEA13C16O... 详细信息

为扩展可调谐TEA CO2激光器的输出波长范围,增加差分吸收雷达可探测的物质种类,采用13C16O2代替激光器工作气体中的CO2成分。计算了TEA13C16O2激光器在Ⅰ波段两个分支上的小信号增益系数分布。利用平面光栅单色仪,在小型快调谐TEA13C16O2激光器的Ⅰ波段共测到了32条谱线的能量输出,输出范围为10.663~11.347μm。与采用普通CO2作为工作气体的情况相比,激光器谱线输出范围在长波长方向上有很大扩展,输出的最长波长由CO2的10.74μm增大到11.347μm。测得TEA13C16O2激光器的最高输出能量为107 mJ,并给出了Ⅰ波段典型谱线脉冲的半峰全宽。

关键词：激光技术 TEACO2激光器同位素差分吸收雷达

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一种新型TEA CO_2激光器的实验研究

光学技术 2006年第1期32卷 131-133页

作者：张莉莉任德明胡孝勇曲彦臣刘逢梅哈尔滨工业大学光电子研究所哈尔滨150001

设计了一种新型结构的激光器——双通道放电激励折叠腔TEA CO2激光器。该激光器通过提高脉冲能量输出水平来增加激光输出谱线数目和激光差分吸收雷达可探测的气体种类。它在增大激光器放电时间长度的同时保证了较小的激光器体积，更好... 详细信息

设计了一种新型结构的激光器——双通道放电激励折叠腔TEA CO2激光器。该激光器通过提高脉冲能量输出水平来增加激光输出谱线数目和激光差分吸收雷达可探测的气体种类。它在增大激光器放电时间长度的同时保证了较小的激光器体积，更好地满足了激光差分吸收雷达光源体积小，重量轻，输出能量高的要求。得到激光器输出能量与气体工作气压的关系曲线，获得了激光器内工作气压与输出脉宽关系曲线，发现脉冲宽度大约在50～70ns之间变化，研究了气体压强对激光器输出脉冲峰值功率的影响。

关键词： CO2激光器 TEA 折叠腔差分吸收雷达

小型TEA CO_2激光器的快速调谐技术研究

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激光技术 2003年第6期27卷 547-550页

作者：曲彦臣任德明胡孝勇刘逢梅哈尔滨工业大学可调谐激光技术国家级重点实验室哈尔滨150001

报道了两种快速调谐技术的研究——— 6面转镜 +固定光栅法和高频步进电机驱动光栅法。实验表明 ,高频步进电机法优于转镜法。实验得到激光器的一级调谐输出谱线 5 0余条 ,激光输出能量 (30～ 10 0 )mJ。在单台CO2 激光器上实现快速调... 详细信息

报道了两种快速调谐技术的研究——— 6面转镜 +固定光栅法和高频步进电机驱动光栅法。实验表明 ,高频步进电机法优于转镜法。实验得到激光器的一级调谐输出谱线 5 0余条 ,激光输出能量 (30～ 10 0 )mJ。在单台CO2 激光器上实现快速调谐输出波长不同的激光脉冲 ,其时间间隔达到≤ 10ms。

关键词： CO2激光器快速调谐单片机差分吸收雷达

快速调谐小型TEA CO_2激光器的实验研究

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激光与红外 2000年第3期30卷 160-163页

作者：曲彦臣胡孝勇刘逢梅任德明赵景山可调谐激光技术国家重点实验室哈尔滨工业大学哈尔滨150001

报道了可用于 CO2 激光差分吸收雷达光源的一小型快调谐 TEA CO2 激光器。调谐机构由单片机控制的高频步进电机、衍射光栅、触发控制器组成。在谐振腔长 50 0 mm、脉冲重复率 2 0 Hz的 TEA CO2 激光器中 ,实验得到零级输出谱线四十一条 ... 详细信息

报道了可用于 CO2 激光差分吸收雷达光源的一小型快调谐 TEA CO2 激光器。调谐机构由单片机控制的高频步进电机、衍射光栅、触发控制器组成。在谐振腔长 50 0 mm、脉冲重复率 2 0 Hz的 TEA CO2 激光器中 ,实验得到零级输出谱线四十一条 ,一级输出谱线二十条 ,每脉冲输出能量～ 2 0 m

关键词：调谐机构 TEA 二氧化碳激光器差分吸收雷达

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基于PPLN晶体的纳秒中红外激光器的研制

基于PPLN晶体的纳秒中红外激光器的研制

作者：吴悔南京大学

学位级别：硕士

工作在中红外波段的光参量振荡器(OPO)在激光雷达、大气探测等领域有着重要作用。本论文主要工作有两部分,第一个是研制了可以同时输出三个波长的纳秒红外激光器工程样机,第二个是研制了一台用于气体差分探测的中红外激光器。本文的主... 详细信息

工作在中红外波段的光参量振荡器(OPO)在激光雷达、大气探测等领域有着重要作用。本论文主要工作有两部分,第一个是研制了可以同时输出三个波长的纳秒红外激光器工程样机,第二个是研制了一台用于气体差分探测的中红外激光器。本文的主要内容分为:1、介绍了传统激光技术的优势和不足,以及基于非线性光学效应的频率变换技术的优势和特点;对光参量振荡器中涉及的相位匹配技术进行了说明,并重点讲解了准相位匹配的原理及其实现方式;解释了光参量振荡器的原理,简单介绍了国内的一些研究进展。2、从麦克斯韦方程组和物质方程出发,推导了描述光参量振荡过程的三波耦合方程,并对其中涉及到的阈值、转换效率、波长调谐范围等参数进行了计算和说明。3、介绍了三波长纳秒红外激光器的研制工作。在该工作中,实现了可以同时输出1μm、1.5μm和3.8μm三个波长的激光的工程样机,脉冲宽度可在100ns-300ns之间调节,重复频率可在10KHz到100KHz之间调节,1μm激光最大输出功率大于9.6W,1.5μm激光大于6.5W,3.8μm大于3.2W,总斜效率为32%。样机总重量19.5Kg,尺寸为长400mm、宽300mm、高200mm,其体积小、重量轻,便于运输至应用场景。4、介绍了气体探测用差分中红外激光器的研制工作。该激光器可以同时输出两束纳秒脉冲中红外激光,其两束激光脉宽均为5ns,重频为250Hz,脉冲能量大于1m J,光束质量为2.5;通过切换不同极化周期的周期极化铌酸锂晶体(PPLN),可以实现输出波长覆盖2.6μm-4.4μm的中红外激光。利用该激光器对NO、SO、NO三种气体进行了差分吸收浓度测量。

关键词：中红外激光光参量振荡器差分吸收雷达光学超晶格纳秒脉冲

智能控制的可调谐TEA CO2激光器实验研究

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智能控制的可调谐TEA CO2激光器实验研究

作者：王兴亮哈尔滨工业大学

学位级别：硕士

近年来,空气质量问题受到人们的广泛关注。CO2激光差分吸收雷达以高灵敏度和宽作用范围的特点,成为了大气环境探测方面一项重要的技术。CO2激光器是差分吸收雷达的关键部件,其谱线波长在9μm到11μm之间,属于中红外波段。宽的波段范围... 详细信息

近年来,空气质量问题受到人们的广泛关注。CO2激光差分吸收雷达以高灵敏度和宽作用范围的特点,成为了大气环境探测方面一项重要的技术。CO2激光器是差分吸收雷达的关键部件,其谱线波长在9μm到11μm之间,属于中红外波段。宽的波段范围使其不仅包含了大部分气体污染物的特征吸收谱线,而且给激光的调谐提供基础。随着激光器制作工艺的提高,智能化的控制已然成为其发展的必然趋势,这种控制方式更加稳定、可靠,适合长时间工作。本论文以研究适合差分吸收雷达应用的激光器为目的,在充分分析国内外研究状况的基础上,对可调谐TEA CO2激光器及其控制系统展开研究。论文中以可调谐TEA CO2激光器光栅选支理论为基础,采用伺服电机直接驱动光栅的控制结构来完成激光选支。伺服系统通过驱动器模块进行驱动,由ARM进行控制。针对环境因素选择器件,为使伺服运动控制更加稳定,对伺服闭环控制系统进行了调试。编写测试软件,测试伺服系统定位稳定性可达99%以上,设计了控制系统硬件结构,结合驱动器内部CVM编程及功能性需求设计了激光器控制软件。有针对性的进行电磁兼容分析,解决了激光器强干扰下的电磁兼容问题。最终设计的系统可以根据选择的谱线自动调压、完成精确选支,并实现激光器状态控制,如激光器充换气,各部件状态显示等。分别对单腔激光器和双腔激光器进行了快调谐实验研究,单激光器在15k V高压下,得到非限模谱线81条,用10mm孔径小孔限模后得到谱线73条,最大输出能量为485.7m J。所设计的激光器能量波动范围小于2%,谱线可完全重现。单腔可实现最小100ms时间间隔的任何两条可输出谱线的快调谐输出,双腔可实现微秒时间间隔任两条可输出谱线的快调谐输出,其性能完全满足差分吸收雷达应用需要。

关键词：双腔TEA CO2激光器光栅选支伺服控制快调谐差分吸收雷达

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TEA CO2激光快调谐技术实验研究

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