星载激光测距系统中激光器技术分析及发展展望

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1、航天返回与遥感第33卷第4期70SPACECRAFTRECOVERY&REMOTESENSING2012年08月星载激光测距系统中激光器技术分析及发展展望颜凡江郑永超陶宇亮(北京空间机电研究所，北京100076)摘要通过对美国40多年来应用于星栽测距系统中的激光器技术发展历程的回顾．以及几种典型激光器的主要性能指标及其关键技术的分析．探讨了用于星载激光雷达的半导体泵浦全固态激光器的技术发展，总结了该类激光器的主要特点．并对星载测距应用的激光器技术的发展趋势做了展望关键词激光雷达激光高度计半导体泵浦全固态激光器板条激光器空间遥感中图分

2、类号：TN24，TP73文献标识码：A文章编号：1009—8518(2012)04—0070—08DOI：10．3969／j．issn．1009—85l8．2Ol2．04．010AnalysisandProspectsofLaserTechnologyofSpace-borneRangeMeasurementSystemYANFanjiangZHENGYongchaoTAOYuliang(BeijingInstituteofSpaceMechanics&Electricity，Beijing100076，China)Abstract

3、Lasertechnologyofspace-bornelaseraltimeterinstrumentsoftheUSAinpast40yearsisbrieflyreviewed．Someparametersandkeytechnologiesforseveraltypicallasersystemsareanalyzed．Developmentofdiodepumpsolidstatelaser(DPSSL)usedforspaceborneLiDARisdiscussed．Finally，keycharacteristics

4、ofthistypelaseraresummarized，andthedevelopingtrendisshowed．KeywordsLiDAR；laseraltimeter；diodepump；allsolidstatelaser；slablaser；spaceremotesensing1引言星载激光测距(测高)是一种重要的空间遥感手段．激光器是保证测距系统指标的关键设备1960年5月15日，美国休斯实验室的梅曼(T．H_Maiman)发明了世界上第一台激光器。此后到1971年，一台闪光灯泵浦红宝石激光器作为高度计的关键部件被搭载

5、在“阿波罗l5号”上送入太空【I1．成为人类历史上第一台星载激光器。由于脉冲氙灯作为泵浦源的效率及其寿命方面的限制．星载激光技术发展缓慢直到2O世纪80年代初期。量子阱的出现使得半导体激光器增益系数大幅提高．从而使半导体激光器成为固体激光器重要的泵浦源_引。从此以后，星载激光器技术的发展日新月异，从指标参数、转换效率到可靠性、平台适应性都产生了巨大进步。到目前为止，已有多款半导体泵浦的全固态激光器成功运行于测距系统的天基平台。其中，由美国国家航空航天局(NASA)主持研制的一系列星载测距激光系统在不同时期代表了国际上的星载激光器的最

6、高水平。本文对美国已成功运行的几款典型星载测距系统的激光器技术进行了分析(由于高度探测也是距离探收稿日期：2011-10—27第4期颜凡江等：星载激光测距系统中激光器技术分析及发展展望71测的一种，其探测光源即激光器同属于一个类型，文章将测高仪、高度计等测高系统归类于测距系统。)，总结了该类全固态激光系统区别于地面传统激光系统的主要特点，并对其技术发展趋势做了展望。2美国星载激光测距系统中激光器技术的发展从20世纪70年代初到8O年代末期，NASA以阿波罗15、l6、17号为代表的系列太空观测任务中，其测高系统中的激光发射光源，大都

7、采用了闪光灯泵浦、机械调Q的红宝石激光器。然而由于脉冲氙灯的转换效率较低，发射谱线与晶体吸收峰不匹配以及寿命、可靠性等问题，星载固体激光器的发展一直较为缓慢。自90年代初开始，NASA开始采用准连续二极管阵列作为激光器的泵浦源，使得星载固体激光器的光束指标、转换效率、寿命、可靠性以及腔型的扩展性等方面都有很大提高。星载固体激光器技术出现了标志性的转变。开始了蓬勃的发展，下面将以几个标志性的测距(测高)系统为例，说明星载测距激光器的发展历程。2．1火星观测激光高度计1992年9月25日，美国宇航局(NASA)为了对火星进行观测．发射了

8、火星观测者号飞船(MarsObserver)，搭载了火星观测激光高度计(MarsObserverLaserAltimeter，MOLA)，其中包含了人类历史上第一台激光二极管(LaserDiode．LD)泵浦的全固态激光系统MOLA所