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一種空間應(yīng)用的輕小型寬溫幅激光器制造技術(shù)

技術(shù)編號(hào)：44442414 閱讀：4 留言：0更新日期：2025-02-28 18:50

本發(fā)明專利技術(shù)公開了一種空間應(yīng)用的輕小型寬溫幅激光器，包括：激光器底座、激光器外殼和激光器諧振腔；激光器底座和激光器外殼組合形成密封腔體；激光器諧振腔位于密封腔體內(nèi)部，包括依次設(shè)置的LD陣列、LD耦合組件、激光晶體、偏振元件、電光Q開關(guān)、四分之一波片和輸出鏡，LD陣列發(fā)出的泵浦光依次經(jīng)過耦合組件、激光晶體和偏振元件，在電光Q開關(guān)打開時(shí)經(jīng)四分之一波片和輸出鏡出射。本發(fā)明專利技術(shù)能夠大幅減輕激光器重量，減小激光器體積，同時(shí)能夠?qū)崿F(xiàn)寬溫幅工作，降低了激光器的工作功耗。

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【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】

本專利技術(shù)涉及一種空間應(yīng)用的輕小型寬溫幅激光器，屬于全固態(tài)激光器。

技術(shù)介紹

1、空間激光雷達(dá)作為一種主動(dòng)遙感探測(cè)技術(shù)，廣泛應(yīng)用于空間目標(biāo)探測(cè)、地形探測(cè)、大氣探測(cè)、空間對(duì)抗等領(lǐng)域。空間激光器作為空間激光雷達(dá)的核心單機(jī)，用于發(fā)射主動(dòng)探測(cè)光源，其性能指標(biāo)及可靠性對(duì)激光雷達(dá)的性能具有決定性影響。當(dāng)激光器處于空間環(huán)境中時(shí)，將要面對(duì)輻照、真空、污染、溫度等空間惡劣環(huán)境的考驗(yàn)以及航天器發(fā)射時(shí)振動(dòng)、沖擊對(duì)激光器光機(jī)性能的影響。為了提高激光器的光機(jī)穩(wěn)定性，大多數(shù)空間激光器采用的方案如下：在光學(xué)設(shè)計(jì)上采用兩個(gè)正交保羅棱鏡作為激光器的腔鏡，提高激光器的抗失諧能力，在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上，采用減震設(shè)計(jì)，將敏感器件單獨(dú)安裝在隔離板上，整體通過結(jié)構(gòu)加固方式提高力學(xué)穩(wěn)定性，上述方案存在激光諧振腔光學(xué)及結(jié)構(gòu)體積均較大的問題，導(dǎo)致大部分空間全固態(tài)激光器的重量都在3kg以上。

2、然而，對(duì)于空間應(yīng)用的載荷，特別是小衛(wèi)星平臺(tái)，其體積重量功耗均有限，因此對(duì)輕小型、低功耗激光器產(chǎn)品具有較為迫切的需求，而目前基于已發(fā)射的國(guó)內(nèi)外空間激光器的設(shè)計(jì)路線，體積、重量較大，難以適應(yīng)輕小型載荷的應(yīng)用需求。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本專利技術(shù)的目的在于克服上述缺陷，提供一種空間應(yīng)用的輕小型寬溫幅激光器，解決了現(xiàn)有激光器體積、重量較大，難以適應(yīng)輕小型載荷的應(yīng)用需求的技術(shù)問題。本專利技術(shù)能夠大幅減輕激光器重量，減小激光器體積，同時(shí)能夠?qū)崿F(xiàn)寬溫幅工作，降低了激光器的工作功耗。

2、為實(shí)現(xiàn)上述專利技術(shù)目的，本專利技術(shù)提供如下技術(shù)方案：</p>

3、本專利技術(shù)公開了一種空間應(yīng)用的輕小型寬溫幅激光器，采用ld陣列直接端面泵浦形式減小泵浦端的體積及重量；同時(shí)端面泵浦形式可充分利用激光晶體的長(zhǎng)程吸收，實(shí)現(xiàn)激光器寬溫幅工作，提高激光器轉(zhuǎn)換效率，降低激光器功耗；采用增益介質(zhì)表面直接鍍制全反膜的方式壓縮腔長(zhǎng)，接插件采用燒結(jié)方式、鏡片采用焊接方式減小整機(jī)體積及重量，并提高密封可靠性，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面采用光機(jī)一體化設(shè)計(jì)，結(jié)構(gòu)底座即為光學(xué)安裝座，提高結(jié)構(gòu)緊湊性，激光器底座采用撓性卸載式懸臂支撐結(jié)構(gòu)，大幅減小空間力學(xué)環(huán)境、溫度環(huán)境對(duì)激光器結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的影響。同時(shí)為進(jìn)一步提高空間應(yīng)用激光器的壽命及可靠性，激光器所有外部器件均采用金屬密封方式，充入潔凈空氣，減小內(nèi)部光學(xué)元件的污染損傷幾率。

4、本專利技術(shù)一種空間應(yīng)用的輕小型寬溫幅激光器，包括：激光器底座、激光器外殼和激光器諧振腔；

5、激光器底座和激光器外殼組合形成密封腔體；

6、激光器諧振腔位于密封腔體內(nèi)部，包括依次設(shè)置的ld陣列、ld耦合組件、激光晶體、偏振元件、電光q開關(guān)、四分之一波片和輸出鏡，ld陣列發(fā)出的泵浦光依次經(jīng)過耦合組件、激光晶體和偏振元件，在電光q開關(guān)打開時(shí)經(jīng)四分之一波片和輸出鏡出射。

7、進(jìn)一步的，ld陣列的發(fā)光陣面與激光晶體的晶體端面平行。

8、進(jìn)一步的，ld陣列為疊陣二極管激光器；

9、疊陣的數(shù)量根據(jù)激光器單脈沖能量及激光晶體的尺寸確定。

10、進(jìn)一步的，ld耦合組件為光波導(dǎo)器件，用于將ld陣列出射的泵浦光進(jìn)行整形后耦合進(jìn)激光晶體內(nèi)。

11、進(jìn)一步的，激光晶體采用nd:yag材料，其中nd3+的摻雜濃度為0.6at.％～1.1at.％；

12、激光晶體的入射端鍍有振蕩光全反膜，四個(gè)側(cè)面進(jìn)行打毛，出射端鍍有泵浦光全反膜；

13、激光晶體的長(zhǎng)度為10mm～25mm。

14、進(jìn)一步的，偏振元件為偏振分束棱鏡或偏振片；

15、偏振片法線與激光晶體光軸之間的角度為布儒斯特角；

16、偏振分束棱鏡入射面與激光晶體端面平行。

17、進(jìn)一步的，激光器諧振腔通過撓性懸臂支撐結(jié)構(gòu)安裝于激光器底座上；

18、撓性懸臂支撐結(jié)構(gòu)為t型結(jié)構(gòu)，包括懸臂支撐和底座懸臂；

19、懸臂支撐與激光器底座連接，用于支撐底座懸臂；

20、底座懸臂連接于懸臂支撐上，底座懸臂的兩端分別位于懸臂支撐兩側(cè)，激光晶體和輸出鏡分別安裝于底座懸臂的兩端。

21、進(jìn)一步的，激光器外殼上設(shè)有窗口鏡；

22、窗口鏡通過金屬密封方式直接焊接于激光器外殼上，或，窗口鏡焊接于法蘭盤上，法蘭盤通過金屬密封方式安裝于激光器外殼上；

23、焊接漏率≤1×10-9pa·m3·s-1。

24、進(jìn)一步的，激光器底座上設(shè)有燒結(jié)接插件；

25、燒結(jié)接插件直接燒結(jié)于激光器底座上，或，燒結(jié)接插件燒結(jié)于法蘭盤上，法蘭盤通過金屬密封方式安裝于激光器底座上；

26、燒結(jié)漏率≤1×10-9pa·m3·s-1。

27、進(jìn)一步的，激光器底座和激光器外殼采用金屬密封方式或焊接方式組合形成密封腔體，密封漏率≤1×10-8pa·m3·s-1；

28、密封腔體內(nèi)充≤1.5個(gè)大氣壓的潔凈空氣。

29、本專利技術(shù)與現(xiàn)有技術(shù)相比具有如下至少一種有益效果：

30、(1)本專利技術(shù)創(chuàng)造性的提出一種空間應(yīng)用的輕小型寬溫幅激光器，采用光機(jī)一體化設(shè)計(jì)，結(jié)構(gòu)底座即為光學(xué)元件安裝座，提高結(jié)構(gòu)緊湊性；

31、(2)本專利技術(shù)采用ld直接端面泵浦的泵浦方式，結(jié)合長(zhǎng)激光晶體的長(zhǎng)程吸收實(shí)現(xiàn)激光器的寬溫幅工作，溫度適應(yīng)范圍可達(dá)(t0±10)℃；

32、(3)本專利技術(shù)激光器底座采用撓性卸載式懸臂支撐結(jié)構(gòu)，大幅減小空間力學(xué)環(huán)境、溫度環(huán)境對(duì)激光器結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的影響，既降低了激光器敏感光學(xué)元件的敏感性，又增加了結(jié)構(gòu)緊湊性，大幅減輕了激光器重量，減小了激光器體積，真正實(shí)現(xiàn)了激光器輕小型設(shè)計(jì)；

33、(4)本專利技術(shù)激光晶體采用增益介質(zhì)表面直接鍍制全反膜的方式壓縮腔長(zhǎng)進(jìn)一步提高了激光器的小型化程度；

34、(5)本專利技術(shù)采用接插件燒結(jié)及鏡片焊接方式，減小整機(jī)體積及重量，并提高密封可靠性；

35、(6)本專利技術(shù)激光器所有外部器件均采用金屬密封方式，充入潔凈空氣，減小內(nèi)部光學(xué)元件的污染損傷幾率，有利于提高空間應(yīng)用激光器的壽命及可靠性。

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【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】

1.一種空間應(yīng)用的輕小型寬溫幅激光器，其特征在于，包括：激光器底座(12)、激光器外殼(2)和激光器諧振腔；

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種空間應(yīng)用的輕小型寬溫幅激光器，其特征在于，LD陣列(3)的發(fā)光陣面與激光晶體(5)的晶體端面平行。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種空間應(yīng)用的輕小型寬溫幅激光器，其特征在于，LD陣列(3)為疊陣二極管激光器；

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種空間應(yīng)用的輕小型寬溫幅激光器，其特征在于，LD耦合組件(4)為光波導(dǎo)器件，用于將LD陣列(3)出射的泵浦光進(jìn)行整形后耦合進(jìn)激光晶體(5)內(nèi)。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種空間應(yīng)用的輕小型寬溫幅激光器，其特征在于，激光晶體(5)采用Nd:YAG材料，其中Nd3+的摻雜濃度為0.6at.％～1.1at.％；

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種空間應(yīng)用的輕小型寬溫幅激光器，其特征在于，偏振元件(6)為偏振分束棱鏡或偏振片；

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種空間應(yīng)用的輕小型寬溫幅激光器，其特征在于，激光器諧振腔通過撓性懸臂支撐結(jié)構(gòu)安裝于激光器底座(12)上；p>

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種空間應(yīng)用的輕小型寬溫幅激光器，其特征在于，激光器外殼(2)上設(shè)有窗口鏡(10)；

9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種空間應(yīng)用的輕小型寬溫幅激光器，其特征在于，激光器底座(12)上設(shè)有燒結(jié)接插件；

10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種空間應(yīng)用的輕小型寬溫幅激光器，其特征在于，激光器底座(12)和激光器外殼(2)采用金屬密封方式或焊接方式組合形成密封腔體，密封漏率≤1×10-8Pa·m3·s-1；

...

【技術(shù)特征摘要】

1.一種空間應(yīng)用的輕小型寬溫幅激光器，其特征在于，包括：激光器底座(12)、激光器外殼(2)和激光器諧振腔；

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種空間應(yīng)用的輕小型寬溫幅激光器，其特征在于，ld陣列(3)的發(fā)光陣面與激光晶體(5)的晶體端面平行。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種空間應(yīng)用的輕小型寬溫幅激光器，其特征在于，ld陣列(3)為疊陣二極管激光器；

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種空間應(yīng)用的輕小型寬溫幅激光器，其特征在于，ld耦合組件(4)為光波導(dǎo)器件，用于將ld陣列(3)出射的泵浦光進(jìn)行整形后耦合進(jìn)激光晶體(5)內(nèi)。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種空間應(yīng)用的輕小型寬溫幅激光器，其特征在于，激光晶體(5)采用nd:yag材料，其中nd3+的摻雜濃度為0.6at.％～1.1at....

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：羅萍萍，齊明，彭歡，武學(xué)英，王龍，侯作勛，何秋潤(rùn)，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：北京空間機(jī)電研究所，
類型：發(fā)明
國(guó)別省市：

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