TEA CO2激光器频率锁定及快调谐的实验研究

论文摘要

频率稳定的TEA CO2激光器是外差探测差分吸收雷达的理想光源,当采用单台激光器作为DIAL发射源时,要求激光器能够在大气“冻结”时间（≤10ms）内发射出两束不同波长的激光。因此,为使雷达系统能够实现稳定高效的工作,要求振荡源具有一定的频率稳定性和可靠的快调谐方法。鉴于此,本文对TEA CO2激光器的频率锁定及快调谐技术进行了研究。理论上,分析了注入锁频的理论模型,为以减小脉冲建立时间的实验方案提供了理论支持。将注入场方程与速率方程进行耦合,讨论了不同注入情况下功率激光器的输出特性。实验上,提出了一种以脉冲建立时间为判据的注入锁频方案,设计了伺服控制系统,成功将脉冲TEA CO2激光器的频率锁定在注入的稳频种子光频率上。设计了激光器的触发系统,实现了脉冲建立时间的测量和显示。在以上基础之上,提出一种快调谐方法,解决了快调谐条件下难以保证频率稳定的问题。在实现快调谐的同时,采用注入锁频的方式实现了10R（16）支谱线激光的稳频输出,利用扭转模腔实现了9P（40）支谱线的单纵模输出。该方案不用转动光栅或者其他机械装置,易于保持系统稳定,为使用单台激光器作为差分吸收雷达的光源打下了基础。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 论文背景
• 1.2 频率锁定技术的研究进展
• 1.2.1 偏频锁定
• 1.2.2 注入锁定
• 2 差分吸收雷达研究现状'>1.3 CO₂差分吸收雷达研究现状
• 2 激光器快速调谐技术的研究现状'>1.4 TEA CO₂激光器快速调谐技术的研究现状
• 1.4.1 快速调谐技术的国外发展现状
• 1.4.2 快速调谐技术的国内发展现状
• 1.5 论文主要研究内容
• 2 激光器注入锁频的理论研究'>第2章 TEA CO₂激光器注入锁频的理论研究
• 2.1 引言
• 2.2 激光器频率稳定度
• 2.3 影响频率稳定的因素
• 2.4 注入锁定稳频的基本原理
• 2.5 注入锁频激光器的动力学模型
• 2.5.1 注入场理论
• 2.5.2 速率方程理论
• 2.5.3 注入锁频理论的分析
• 2.6 模式匹配的分析
• 2.7 本章小结
• 2 激光器注入锁频的实验研究'>第3章 TEA CO₂激光器注入锁频的实验研究
• 3.1 引言
• 3.2 锁频控制电路
• 3.3 激光器触发系统
• 3.4 数据采集模块
• 3.5 压电陶瓷控制模块
• 3.6 注入锁频实验
• 3.6.1 压电陶瓷控制逻辑
• 3.6.2 脉冲建立时间测量方法
• 3.6.3 注入锁频实验结果
• 3.7 本章小结
• 2 激光器快调谐实验研究'>第4章 锁频TEA CO₂激光器快调谐实验研究
• 4.1 引言
• 4.2 差分吸收雷达系统
• 4.3 快调谐系统的原理
• 4.3.1 光栅原理
• 4.3.2 扭转模腔选单纵模
• 4.3.3 快调谐装置
• 4.4 快调谐实验结果
• 4.5 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢