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军用脉冲激光测距技术



00

1 卷



4



光 学 与 光 电 技 术
O P T IC S

一 一



.

,

1 1N 0 4 2 0 03

.


:

0 月 1

OPTO E

E C T R O NIC T E C H NO

OG

Oe to be

r

文章 编号

16 7 2 3 3 9 2

( 2 003 ) 04 5 5 05

军 用 脉 冲 激 光 测 距 技 术 与研 究 现 状
王古常
(








武汉


4 300 7 5 )



武汉 军械 士 官学 校 光 电技术研究 所

摘要

:

简 要介 绍 了军 用脉冲激 光 测 距 机 的工 作 原 理 和应用 现 状

,

分析 了脉 冲激光 测距 机 中各 种激光源的 优 缺 点


,

并对 现 阶段军用 脉冲激光测距机 的研 究热 点和 未来 的发展 趋势 作 了 相应 阐述
关 键词
:

脉冲 激 光测 距 机 ; 人 眼 安全
:

:

半 导 体泵浦
:

;

免调 试 固体激光 器

中 图分类 号

T H7

5 4

3 .

文献标 识 码

A

上依赖 于 激 光测距 技术 的发 展






2

脉 冲激 光 测 距 机 的 军 事 应 用 及 性
能特 点

激 光 出现 以后 就 开 始了激 光 的军 事应 用 其 中

,

,

,

激光测 距 机是 激 光技 术在 军事领域 应 用 的 成 功典范
由于具 有 良好 的方 向 陛和单 色 性
,



,

所 以与微波等其他



测距 方法相 比 激 光测距 具有方 向性 好 测 距 精度高
测程远


脉冲 激 光测 距 机作 为 军用 装 备器 材 年 代初
,


,

发展 于 6 0
,

抗 干 扰 能力强



隐 蔽 性好 等优 点


,

并 因此 在

经过

40

多年 的开 发
N :d Y A G




研 制和 装备

国内 外

军事 领域 得到 了广 泛应用

作为 现代军事 侦 察技术和
,

装 备量 最 大 的是 以 N :d Y A G 距 机 而喇 曼频移 璃 以及
C

为器件 的 固体 脉冲 激 光测
O PO
,

距 离探 测 设 备 的重要 技 术之 一

脉 冲激光 测距 技术对
,

光 参量振荡 和饵玻
,


提高防 空



海上 作战



中近 程 精确 打击 及 陆上 武 器攻

击 的 命 中精度 方 面 已 起 到 了关 键作用

可 以说

,

未来

武器系 统 的发 展及 其 命 中 精度 的 提 高将 在 很 大 程 度
l h b le l

q 脉冲 激光测距 机 虽 己少量 装备部 队 但 仍 是近 年来军 用 脉冲 激光测距 技术的研 究 热 点 典型 军用 脉冲 激 光 测距 机 的技 术性 能如表 1 所示


T e e h n ie

l f a

Ll l l e

t io n o

f y l m ilit a y r t Pie a
Z

Pu ls e d la

s er r an

ge i f

n

de r

s

性 波长 (
P


m)

红 宝 石


N d二 、人G 106
.

CO

喇 曼 频移
.

d N

涅谈 G

饵 玻 璃
.

O P (〕
.

0 6 94 4

1 0石

1 54

1 54

1 57

激 光器 类型
激励 方式

固体 ( 晶钩 闪光 灯

固 体〔晶体 ) 闪 光 灯或

气体

固 体或 气体 波 长转 换 闪 光灯 或激光 二 极 管

固 体 (玻 璃 )

非 线性 晶 体频率 转 换 闪 光 灯或激 光二 极 管

放电

闪光灯 或
激光 二 极 管

激 光二 极 管 脉 冲能量 (

m J

)

10 ~ 5 0 2~ 50

1 0 ~ 1 00 0

10 ~ 1 ) ( 0

10 ~ 30 0 6~
15

10 ~

0 3

10 ~ 3 0 5 ~ 15

脉宽 ( n s )
重 复 频率 ( H z ) 探 测 器类 型
51

8~ 2 0

2 0 ~ 10
l

20 ~ 3 0

单次
A PD

单次 ~
51

20

~ 50
H g c ( Ie T

单 次一 3 0
I G n

单次 次
P IN N

单 次一 3 0

PN I

APD

制冷

P v

a A

s

A PD



I G n

A a

s

APD

n I G

A a

s

A PI)



P IN

典 型 的人 眼 安 全 等级 级

I 级 不 安全 V

l lb 到 V I 级

基本 上在 m a 级 安 全

I 到l la 级

I

到m a 级 安全 全

I 到 l la 级

不 安全

安全

安全

收 稿 日期 2 0 3 0 5 2 9 : 作 者简 介 王古 常 ( 1 9 6 7

:





;



修改 稿 日 期 ) 男 讲师
,

:

,

,

3 0 0 2 3 6 0 1 国 防 科技 大学 硕 士 研究 生





,

现从 事激 光测 距方面 的 研究 工 作



光 学 与 光 电 技 术
.


N: d YAG

1



2 1

红 外 红 宝 石脉 冲 激 光 测 距 机
. 694 且 0 m

用 人 眼安 全 的喇 曼 频移


激 光器 实现 精确制
:

的 红 外 红 宝 石 脉 冲 激 光测 距机 是 最
,

导 打下 了 基础
N d 涅A G



早 问世 的军 用 激 光 测距 机 装备 部 队
目标 取代
.

0 世纪 7 2 0 年 代初 开 始
,

激 光测距 机 的 主要 缺 点 有




由于 T 作 波 长属 红 色 可 见 光


极 易暴 露


( 1 ) 对 人的眼 睛 损伤 较大

N: d YAG

激光 测 距 机
,

,

加上 效 率 低

体 积和 重 量大 很快 便被



耗 电多

对人

发 出的

.

1

6 0



激光通过 人 眼 被聚 焦在 视 网膜 上 在
,

眼 极 不 安 全 等缺 点
,

,

N :d Y A G


激 光测 距 机

近 距 离能 使 人 眼 致 盲

在 远距 离时 能 使人 眼 致眩


,

目前 除 少 数 应 用 外 已 被 淘 汰

因而 给 训 练 和 试验 带来 了很 大 的 困难 ; 2 ) 全 天候 测 距 能力低 ( 4 波 长域 和 8一 1
林m
,

3 一 5 林m

( 中红 外 线 )
,

2 Z

N d
N :d

:

丫G A

脉 冲激 光测 距机 激 光测距 机采 用 发 射
1
.

( 远 红外 线 ) 波 长 域
N :d Y A G

是红 外线
,

A Y

G

6 0

脚 近 红 外钦
,


的两个 大气窗 口



激 光 测 距 机 产生 的激
因 此其
、 。

激 光 器 ( 主 要 是 N :d Y A G
主 要 优 点 是 隐蔽性好


激 光器


,

少数 为 钦 玻璃 激 耗 电少
,

光 波 长 不 位 于 红 外 线 大气 窗 口 的波 长 域 内 在大 气 中的 传播 能 力 低
和 质 量不 能 保 证
, ,

光 器 ) 和 硅 光 电二 极 管或 雪 崩光 电二 级 管探 测器
效率 高


易受 干 扰
,

在有雾


霆的

轻小



气象 条 件下 和 战场 烟 尘 的 环境 中

不 仅 测 距 的 精度 这 意味
,

此 小 型化 研制 进展 迅 速 为
A N /G V S 一 5 N: d YA G

19 7 7

年 美 国研 制 成功 称 之

甚 至 根 本 无 法 实 施测 距
;

型 的第一个 手持使 用 的小型
,

着 该 激光 测 距机 受能 见 度 的影 响 很 大
坦 克 的 全 天侯 作战能 力 3 ) 兼容性差 (


降低 了主 战
3

激光 测 距 机

该机 的外 形 结 构首 次采 用 了
,

适 宜 手 持 使用 的双 目望 远镜 式 结 构 准的
轻小
,


大 小与
Zk g

,

具标


2 我 国新 型 主战 坦克 W Z 1


车己
,

7x 5o

军 用 双 目望 远 镜 相 当
,


,

总 重 量仅



装 备 了热 成 像仪

8 一 12 卜m


,

为 了 提 高装 甲兵 的 夜 战 能力
.



机 在设 计上 采 用 组 件 结 构
成本低
不 耗 电的

在技 术 上 首 次 成 功 采 用
BD N

后 必 将 大量 装 备 热 像仪
,

由 于 热成像 仪 的 工 作 波 段

被动 染 料 片 Q 开 关




1

6 0

林m



N: d

A Y

G

激 光测距 机 与
,

和 工 作 电压 为 3 5 0 V 的低 压硅 雪 崩 光 电二 级 管探 测

其 兼容性 差 察 到 的 目标 雪


因 为 它 们 工 作 在 不 同 的 波段
,

所 以不

器 用 大规 模 集 成 电 路 实 现接 收 电路 的 固体 组 件 化 此后
,

仅 不 能 实现部 件 和 元 件 的共 用
,

而 且用 热 像 仪 能观

应用 A N G / V S 一 5 的研 制 成 果
A N /G V S
,

,

很 多 国 家都

不一定 能用 N d
,

:

YAG

激 光测 距机 测 到


相继 研 制 成 类 似 于 的
L P7

一 5 的各 种 型号 的手 持

它 的距 离 ( 因 为热 成 像仪 具 有较 强 的 穿 透 烟





激 光 测 距 机 装备 部 队

如 挪 威 研制 和 英 国 改进 生 产


尘 埃 的 能力


而 N :d

YA G

激光 测距 机 的 穿透 能

型 被 确 定 为 北 约 部 队 的正 式 装 备 仪 器


由于
,

力则 较 低 )

这些 低成 本

小 型 手持 激 光测 距 机 的研 制 成 功
,



0 世纪 7 2 0 年 代 末到 8 0 年代中
扩大 到陆

[2 ]:


N d涅A G
,

激光 测距

3

研 究 热点 及 发 展 趋 势

20

机 进 入 了大 批 生 产和 广泛 应 用 阶段



目前 装备 量 已

空三 军


,

并 仍在 以 下 几 方面广 泛应


年来 军 用 脉 冲 激 光 测 距 机 的 改进 主 要 集


,

中 在 人 眼 安全

应 用 二 极 管泵 浦技术




提 高稳 定性

( ) 战场 指 挥员 l

步 兵 侦察 员


炮兵 前沿指 挥观

和 可 靠 性等 方 面

人 眼 安全 是 今 后 激 光 测 距 机 的 发
激 光测 距 机 因 在 获 得 人 眼 安 全
;

测员 以及 舰 队 基 地 指挥 员

海军 陆 战 队 员 用 手 持 瞄
YAG

展 趋势 的 同时

,

其中
,

,

C O:

准观察 和测 距

;

能与 热 成 像仪 兼 容 而 受 到 重 视


1 5 X 林m

.

2 )现 代 作战坦 克 和 装 甲车采 用 N :d (

脉冲 激

激 光 测 距 机 以它 的 优 越性 而 成 为人 眼 安 全 激光 测 距 机的 研 究热 点
泵浦

光测 距机 作 为 火 控 系 统 的重 要 部 件 作 战 武器 的 精 度
;
,

,

用 以改 善主要

0 世纪 8 2 0 年 代 出 现 的激 光 二 极 管
,

( D PL ) 技术

可 使 固 体激 光 器 的效 率提 高
,

4

(3 ) 广 泛 用 于 对 空 防 御系 统
:d Y A G

提 高对 抗 高 速 飞 机




,

使 电 源 和 冷 却 系 统 的质 量减 少 7 5 % 在 提高 激光 测 距 机 的 机械 稳 定 性
,


因而 也 已

和 机 动性大 的武 装直 升 机 的 跟 踪 精 度 ;

成 为 当 今 军 用 脉 冲 激 光 测 距 技 术 中 的 研 究热 点 之


4 N ( )

激光 测 距 仪 和 激 光 目标 指 示 器是 国


热 稳定 性 和
,

外 应 用 最 早 的激 光 武器
是 激 光 制 导 炸弹 导武 器
,


目前

,

这种武 器 系 统仍 然

可 靠 性等 方 面

棱镜谐 振 腔 激 光器 得 到 高度重 视
;

导 弹 和 火 炮 的唯 一 远 距离 精 确制

如美 国

AN

从 V Q一 2 5

型机 载 激光 测 距 机 就 采 用 了 在国内
, ,

并为 双 功 能激 光 测 距 和 激 光 目标 指 示 器 采

正 交 玻 罗 棱 镜 腔 激 光器

采 用 定 向棱 镜谐
,

振 腔 的 免调 试 固 体激 光 器

因 为 结 构简 单

并具 有






王 古常 等

,

军 用 脉 冲激光 测距 技 术 与研 究现 状
,

抗失 调 潮
.

压 缩 发 散 角 和改 善光 束 质 量 等 优 异 特性

放 大器

,

以 克服 噪 声
C O:



因 而 在 军 用 激 光测 距 领 域 也 引 发 了 新 一 轮 研 究 热


以上 缺 点 加 大 了 c O Z 激光 测距 系统 的 复 杂 性 和

成本 o c
CO
:
Z

,

使得


激光测 距 机 难 以手 持 使用




因而


,

3

1

脉 冲 激光测 距 机
脉冲 激光 测 距 机 是 2 0 世纪 8 0 年 代主 要 针
m 的

CO :

激 光测 距 机 的 发展 方 向是 减 小体积 和 重 量
与热 像仪 合 一



低成 本
.



.

1

6 0



d N

:

、叭 G

激 光 测 距 仪 的 缺 点 发展起 来


3 2
.

1 5 林m 1 5

.

波 段 人 眼 安 全 脉冲 激光 测 距机
,

的 新 一 代人 眼 安 全 激 光 测 距 机
(l ) 传 输 能力 强


其主 要 优 点 有
协m

:

脚 波段 波 长 激 光 由于 具有 对 人 眼 最安全
,



CO

:

激光 测 距 机 的 工 作波长 是
的 远 红 外线 大


气 穿 透能 力 强
下 工作


目标 反 射系 数高
G
e

,

并 且 对应 于 室 温
s A 探测 器的 探测 a

0 5 1 9 林m

.

,

4 该 波长 正 好位 于 8 一 1

不 需 要 制冷 的


I 或 n

G

气窗 口

,

故 其 大气 传 输性 能 好
,


,

透过 大气 雾


霆和

灵敏 区 等 优 点 而 在 人 眼 安 全 激光 测 距 机 中获 得 了广 泛 的应用 径
[3 ]:

战场烟 尘 的 能力 强 9 0 5 1 .
林m
,

能见 度对 其影 响 很 小

产生

1 5



波段激 光 主 要 有 以下 三个 途

2 )对 人眼 安全 (

中小功率 的
,

CO:

激 光器 的
,

波 长 远 离 眼 睛 的 透射 波长 ( 可 见 光 和 近 红
它 由角 膜 吸 收 不 损 伤视 网 膜
, ,

( )直接 输 出 1 5 l

外波段 )

因而不 会

卿 波段 波长 的 固 体 激 光 器 比较 成 熟 的是 饵玻 璃激光 器 这 也 是 1 5 脚波
,
.

.

损 伤 或 致 盲 受 到 照 射 的人 眼 安 全 性 的限 制 护 滤 光片
CO :


在 训 练 与 演 习 中不 受

段 测 距常 用 的激 光 器



饵玻 璃 激 光 器采用 掺 入 r E
,

+ 3

不 必 配 带 防护 镜 和 在 仪 器 内加装 防
( 工 作波长 ) 8 ~ 1 2 林m 兼 容性好


离 子 玻 璃激 光 棒
激光


,

并 用 闪光 灯 泵 浦
:
.

产生


.

1

4 5




其 主 要 优 点是
分 束 镜等


1

4 5

卿 波长 的 激光 对 人 眼 的
,

) 与 热 像仪 3 (
系统




; 安 全 性 最 高 可 以使 用 普通 光 学材料 的 透镜 棱镜

激 光测 距机 与热 像 仪可 以共 用 光 学 系 统 接收 机 和 电源
,

扫描
,

窗口



,

因而 器件 结 构 紧凑
:

体积 小
,

,


;

,

从 而 使 组 合 系 统 结构紧 凑
成 本 降低


本低

,

适用 于 地 面 目标 测 距 ( 如 手 持 式 或 车 载 激光
缺 点是
,

体积 缩小

重 量减 轻
。 。

,

此外

,

它们 在 性
,

测 距等 )

闷值 高
;

,

输 出 能 量低
,

寿 命短

能上 也 相 容 不超 过
5%
,

饵 玻璃材 料制 作 困 难
N :d Y A G C O:

并且 受 基 质 玻璃 材料 低 导 热 不 适 合 高重

4 ) 效率 高 (

效率 一 般 为

1 一 3%

最高
,


系 数 的 限制

激 光 器 重 复 工 作 频 率低
,


%
,

r 一2 激 光 器 的 效 率一般 为 o 0 %
,

; 复 频 率 的应 用 ( 如 对 空 防 御等 ) 目前 还 没 有 适 用 的

高 的可达 2 5
目前
,

从 而 可 减 小 整 机 的 重量 和 体 积


被 动染 料 Q 开 关 因而 带 来 了 转镜 Q 开 关 的很 多缺
己装
,

世 界 上 战技性 能先 进 的 主 战 坦 克 如美 国 的 M


点 饵玻 璃 脉冲 激 光测 距 机 的 发 展 方 向 是 降低 闽 值 提 高效 率
,



,

: 备 了 C O 激 光 测距 机

IA I
,



M IA Z
C0
2

研 制 适 用 的 被动 染料 Q 开 关



韩 国的 8 式 验证
,

,

英 国的
,

挑 战者



2

等等

坦克 激


2 ) 喇曼 频移 N :d Y A G 激 光器 (

激光 测距 机 的 良好 性 能在 海 湾 战争 中得 到 了 充分 的
可 以预测
, ,

喇曼 频移

N :d Y A G
4

激光 器是在
,

N :d Y A G

激光 器

CO

Z

激光 测 距 机 将 和

N: d YAG

中 放 入高 压 甲烷 ( C H ) 气 体 盒 ( 或 氖气 体等 其他 喇曼介质 )
N :d Y A G
,

光 测 距 机 一 起 成 为军 用 激 光 测距 领 域 的主要 装 备 然而 若干 因 素
Z

通过 受 激喇 曼 散射
.


:

1

6 0

卿 的 激光

c o

:

激 光 测 距 机 同样存 在制 约 其 发 展 的
:

波 长 频移 到

1

4 5
,





主 要 优 点有

可 利用 现 有 的

,

主要 包 括
o

0 6 l( l ) .

m

的 co
, ,

:

激光 波长 极易 被 水分子
,

( H O ) 吸 收 衰减

在 大 气 中含 水蒸 汽 密 度大 的 睛

; 被动 染 料 Q 开 关与光 学元 件 输 出 的 喇 曼 频 移 激 光 脉冲 的 宽 度 比 N d : Y A G 激 光 脉冲 窄 因而 具 有较 好 的光 束质 量 可 在较 高 的 重 复频

激光 器

,

,

天 和 潮湿 条 件下
反射
,

限 制 了 它 的 最大 测 距 能力
,


特别

率下 工作 中


,

研制 成 功后
:

,

可 用于 步 兵 和 炮兵 前沿 侦

是雨 天 和 目标被冰 雪覆 盖时

目标 呈 现 多镜 面 对称
,

察 及 对 重 复 频 率 要 求 较 高 的 舰 载 或 防 空 火 控 系统 主 要 缺 点是
,


.

CO
p

:

激光波 长测距 不 利
m 的 c o
:
.

伴 随 着 受 激喇 曼 散 射 会 产 生 其 他
;

2 )o ( r 6

激 光波 长的反 射 率较低
1



的非 线 性 效 应

降 低 喇 曼 转 换效 率
;

要 考 虑 高压喇

战 术 目标 的 反 射 系 数 低 于

4 5



.

1

6 和 0

.0

9 6

p

m 的

曼 气体 介 质 的 泄 漏 问题 和 喇曼盒 在聚焦 光 学 系 统 中 光学 窗 的损 坏 问题

激光 波长




,

N :d Y A G


激光 器 的 谐 振腔 中
,

3 )探 测 C O 激 光 需 用制 冷 的 H g C d e ( T 器件

:

,



要 增加 喇曼 盒 杂
,



反射 镜

透 镜 等 光 学元 件
mj l pu l s e


结构 复

些器 件 都要 在低 温 下 工 作

,

并需 要 特 别设计 的 前 置

输 出能 量 也 不 高

一 般约 2 0

光 学 与 光 电 技 术

第1 卷


根据 以上 缺 点 可 以 预 见
喇 曼介 质 代 替 气 体 喇曼 介 质
N :d

,

喇曼 频 移

N d二 YAG
,



是 效率 低

寿命短



体 积不 能做 得 太 小



0 年代 中 8

光 测 距 机 的 发 展方 向是 提 高 喇 曼转 换 效 率
,

用 固体

期 出现 的激 光 二 极 管 泵 浦 ( D
n

L P


) 技 术 为 提 高 固体激

用 半 导 体 激 光 器 代替
Eg u

光 测距 机效 率 提供 了研 究途 径
,

激 光 二 极管 的 工 作
YAG

A Y
200

G

激光 器 中的 闪 光灯 年
s



n e

e

v Ra e v s

y 等人 k

r 一9 波长一 般在 s o 5 O m 之 间 与 N :d

激光 晶体



I E 会 议 上 报道 了一 种 新 型 的 用 于 人 眼 P
,

的 峰值 吸 收 线 的光 谱 匹 配 性 能极好
0 0% 效率理论上 可 达 到 1
] [ 体效率 4


,

两 者 的光 祸合

安 全 激 光 测 距 仪 的喇 曼 频 移 激 光 器
N d: K G W

它 是 在 单块

,

而 闪 光 灯 与 N :d Y A G 激光
,

( N d:K G d (

WO


4

)

:

) 晶 体上 实现 了 二 极

晶 体 的 光祸 合 效 率 仅 2 0 % 这 一 优 异 特性
:
,

从而 提 高 了激 光器 的整
,

管 泵 浦 喇 曼 频移 激 光 器 体又 是 喇曼 介质


N: d KG W

晶体 既是激 光 晶
,

使得 半 导 体泵浦 固 体 激光
有许 多不 可
, ,

通 过 受激 喇 曼散 射
1
.



.

1

5 1 3



器 同传 统 闪 光 泵 浦 的 固体激光 器相 比
比 拟 的优 点
( l )

波长 的激 光频 移到
OpO

3 8 5
a





效率 高

对 电源 功 率要 求低




( 3 ) N :d Y A G 泵 浦 的参 量 振 荡激 光器
( O v t ie a l p a r
n

械 震动 小
) 激 光 器采
1 5 7 林m
.

;

( ) 2
,

寿 命长
,

,

; 3 ) 体 易 于 操 作 和 维护 (

m e it r

e

o

se

illa t
,

r o

s

积小

,

重量 轻

便 于携 带 等等

同时
,

,

半导 体 激光



K



晶体


类 非 临 界相 位 匹 配
.

输出




器 价格 的不 断下 降

也 促使 半 导体 激光 器 泵浦 的 固 并在 九 十年代


长 的 激光

人 眼 安全
z

1

7 5

卿O

PO
,

激 光器 是从 8 0 年

体 激 光 器 的 研 究 愈 来 愈广 泛 和 深 入 然而
,

代 末 开 始 研 究 并得 到 迅速 发 展 的 美国
c

颇 受 军 方重 视

] 4 从 实 验 室 阶段走 上产 业化 和 商 品化 的阶段 l
,

Se hw

t r a

/ 光 电公 司 O p O 器 件 己 达 S O0 m J
r s

p u ls e

尽 管 半 导 体 泵 浦 的 固 体激 光 器 在 理论 和
,

s a n d k e d e L h o
1
.

公 司 研 制 了 二 极 管泵 浦 全 固化


技 术 上 都 己经 达 到 了 相 当成 熟 的地 步
细 节 问题 上 尚存 在 困 难 须 深 入 研 究 工 作 物 质 的热 效应
,


但 在具 体 的

7 5



手 持 式 人 眼 安 全 激光测 距机
19 9 8

国 内 西 南技

,

例如 激 光 器 的 倍 频激 光 的稳
,

术物 理研 究所 于
1 57

年 底研 制 成功 国内 首 台


光 光转 换效率
,


,

卿O P O
,

人 眼 安全 激 光 测距机
:
.


s e


o PO
e
,

激 光器
:

定性

,

激 光器 的光 束质 量

激光 器 的优 化 设 计



选用 水冷
激光 输 出 频率 为
下工 作


L IN b O

电光 调 Q 1 0 6 4 1 卿( C
,

激光 器作 为泵浦 源
IH
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,
.

获得
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,

12 m J P /
,

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认e 1 57 脚o Po
.

Nd )

品的成本 和加 工 制 作 的可 行 性 等 指 导 意义 和 实用 价值


这 些 问题 的 研 究
D PL

对 半导 体 泵 浦 的 固体激 光 器 的产 业 化 将 具 有 重 要 的

脉冲 宽度 一 6
2 1
SHz

束散 角一 s m
可调
a


r a

d

,

重复
,

预计

,

未来

激 光测 距 技
,

0 2
,

H

z

测 距 机 选用 常温
P

术 的 研 究将 集 中在 提 高 激光 器 的效 率 方面

同 时还 固 体组

I G 带 前 置 放 大器 的 n
.

A

s



水 探测 器组 件


研 究用 相 位 共扼 技 术提 高激 光束 的 质 量
发 散角 和 激 光器 尺寸
,

,

减 小光 束


测量 范 围 2 0 0 m ~ 7 0 5 km
O PO

测 距 精度 士 s m
,

以 期研 制 出 小 型 化


器件 的优 点 是 可 高 重复 频率 运 转 波 长 可 适合 用 于 要 求 较 高


,

件化 和 更 高功 率 的
.

D

L 激光 测 距 系统 P

调谐

,

缺 点 是 光 束发 散角较 大


重 复 频 率 的 舰载 或 防空光 电火 炮 系统

今 后 的研 究

3 4

免 调 试技 术 在 军 用 脉 冲激 光 测 距 系 统 的应 用
军用 激 光测 距 机 通 常 工 作 在 高 振 动 和 高温 度 冲

重 点 将 是 减 小 束 散角
虽然
1 5
.

越性
能与


,



卿 波 段 激 光对 人 眼 安 全 具 有独 特 的优 15 卿 波段激 光 测 距机仍 存在 激光 器 能量
,

.

击等 恶 劣 战 场 环境 下
打 开 腔 体修 理 等 的 平 行平 面 腔
,

,

振动



撞击



温度 突 变 或 因
,

都 会 导 致激 光 器 失调
,

加 上 传统

转 换 效 率低
8一 1 2

脉 冲能 量 小

,

重 复频 率 不 是 很 高


,


G
e

N :d 、 叭 G

固体 激 光 器 调 试 精 度 要 求



热 成像 系 统 兼容 等缺 点
iS A P D
.

此外

,





装 调 困 难 等缺 点


使得 激 光 测 距 机 的 实 战能 力 提高军 用 固体 激光 器 的 机械


I G n

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S

探 测 器 的 探 测 灵 敏度 和 响 应 度 都 不 如
-

受到严 重 影 响

因此
,

,

N: d YA G

激 光测 距 仪用 的

,

因 而 接收 电路 需


稳 定 性 和 热 稳定 性

是 激光 测 距系 统 中函 待解 决 的
19

要 设计专 门 的 低 噪 声 前 置 放大 组 件
1 5
.
.

这 些都 限制 了
也 对 我 们 发展

技术难 题 和 重要 研 究课题 之一 基 础上
,

8 年 9

,

武汉 军 械

1 5
.

娜 波段 激光测 距机 的广泛 应 用 卿 波段 激 光 测 距 机 提 出了 挑 战
半 导 体 泵 浦 激 光测 距 机

,

士 官学 校 光 电技 术 研究 所 在 多 年 从 事 测 距 机修 理 的



发 明的 免 调 试 固体 激 光器 从根本 上解 决 了


3 3

这 一难 题
,

免调 试 固 体 激 光 器 的 核 心 技 术 是 采 用 定 向 棱 镜 研 究工 作还


除研 制 人 眼 安全 的 激 光测 距 机 外

( 也 称 角 锥棱 镜 ) 谐 振腔

,

其 结构特 征 是 在激 光 棒
,

集 中 在研 制 具 有 较 高 效 率 的 固体 激 光测距 机上 有 的 激 光 测 距 机 几 乎都 是 采用 闪 光 灯 泵 浦
,



一 端放 置 定 向棱 镜 作为 全 反 镜 平 凹 输 出镜
,

另 一 端放 置平 面 或

其 缺点

也 可 直 接 镀 膜作 为 输 出 镜构 成 免调 试



4




王 古常 等

:

军 用 脉 冲激 光 测距技术与研 究 现状

] [ 谐 振腔 5

定 向棱 镜 具 有入 射 光 线 沿 原 方 向 返 回 的
,

军用 脉冲 激 光测 距 系 统 的新 品预研和 设 计 定 型 中发

独 特性 能

这一

性 能 使 得 免 调 试 激光 器 在 获 得理想
,

挥 越 来 越重要 的 作用



光束质量 的 同 时 有 免维 护
,

具 有 极 强 的抗 失 调 能力
,

,

实现 激
,

光器安装 后 不 经 调 试 即可 正 常 工 作 的独 特功 能
便 于 维修 的 优 点




参 考文 献
[ ] l

:

大 大 提 高 了激 光装 备


军 用 脉 冲 激 光 测 距 仪 的 发 展 和 应 用
`

,

的 维 修 保 障 能 力 和 战 场再 生 能 力 光 器 结构 简 单


同时


,

免 调 试激
,

加p : w /
[2 ] H u o
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.

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激 光技 术
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.

安装 方便



性 能可 靠

便 于 维修 保


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养 寿命 长 因 而 容 易对 相关 的激 光 设 备进行 改装
且成 本 低
,

,

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,

可 形 成 标 准化



组 件 化产 品


o V ] [ 3


l 32 N o 3
,

免调 试 技 术在 激 光 测 距 机 中最成 功 的应 用 推 动
了小 型 重 频 免 冷 却 激 光 器 的 发展

张承 栓

国 外 军用 激 光 仪器 手 册
1989
, ,

,

第一 版

,

兵器 工 业 出

随 着 车载 舰载



版社

,

50 5 1
,



.

机载



高 炮 等火 控 系统 的 发 展
,
,

,

对 目标要 能实 时 跟
z
,

[ ] 刘伟 仁 4

钱 龙生

余锦
,

,

L D
.

泵浦 的 紧贴 式产 业 化 固体
,

踪和 定位

30
5

这 就要 求 激光 测 距 机 能 够 连续 不 断对 移 持 续工
。 、

绿激光 器 的研 究
[5 ]
s

光学 精 密 工 程
e

9 9 年第 2 期 1
e
,

.

动 目标 进 行 测距 通 常测距 频 率 为 3 一 S H
以上


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因此

,

激光 器 的冷 却 问 题成 为关键
,

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,

S P IE 20 02
,

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通常 的 水冷 和 风 冷 方 式 维 护 要求 高 等缺 点
,

存 在体 积 大



可靠 性 差

[ ] 程勇 6



孙斌

王 小兵 等
,

光 轴零 漂 移 的 热传 导冷 却 重 复
,

己 逐 渐 趋 于 淘汰




采 用 定 向棱

频 率 激光 器 研 究
49 5 49 7
.

中国 激 光

20 0 2

,

o V
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l A2 9

.

N ,

.0 6

,

镜腔
lm i n



双掺 激 光 晶体

热传 导 冷 却 等 技术 获得 的小
,



.

型 重 频 免冷 却 激 光 器
,




SHz
,

情况 下可 连 续 工 作
,

[7 ] Y C h e n
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,

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.

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,

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输 出 能量 5 0 r J 以上 光 束质 量 好 和 光 轴 近 n ] [ 乎零 漂移 的理 想 效 果 6 该 激 光 器 一 经 问世 便 在 机 载 激 光 目标 指示 器




e o

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.

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SPI E 20 02

,

从八4 9 1 3

3 0 6 3 10



高 炮 对 空 指挥 镜



侦察 指 挥


[ ] 程勇 8

,

陈波
,

,

王 小 兵等

,

定 向棱镜谐 振腔 半 导体 泵 浦 固

自行火 炮
目前
,



舰 载火控 系统等 多 种新 型 装备 中使


体 激光器
论文集
,

2


0
·

3 (

武 汉 ) 激 光 技 术应 用 与产 业 发 展 论 坛

用 己 成 为 该 类 型 装 备 最 理 想 的小 型 固 体 激 光 器件

,

60

3 6

免 调 试 技术 正 在喇 曼频 移 激光 器
D

OPO

[ j 激光 器 7



L P

] [ 激光 器 8

和 气体 激光 器 中 开 展 应 用
,

研究

,

预 计 有 替 代 现 行 激 光器 的应 用 前 景

并 将在

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