声光调控在中波红外激光功率稳定中的应用

摘要

在精密光辐射计量中，低温绝对辐射计(Cryogenic Absolute Radiometer，CAR)对提高和保障光谱辐射测量的精度具有举足轻重的作用。低温绝对辐射计的发明使光辐射计量达到了前所未有的精度，从而对激光光源也提出了更高的要求。然而，普通的中波红外(Medium Wave Infrared，WMIR)激光器的输出功率易受电源电流波动、激光模式跳变、自发辐射以及激活介质增益系数等内部条件和环境等外在因素的影响而发生变化，且获得高度稳定的激光功率非常困难。经测试，普通的中波红外激光器在一小时内输出激光功率稳定度在10％左右。由此，针对精密光辐射计量的需求，当前迫切需要该波段的激光功率稳定技术。在此背景下，本论文提出了一种高精度的中波红外激光功率稳定技术，并设计搭建了相应的测试系统，进行了系统性的实验测试验证。
　　本文首先回顾了国内外激光功率稳定技术并指出现有技术的劣势和不足，然后介绍了中波红外激光器的发展，并以氦氖激光器为例，分析了激光功率波动的原因，之后详细阐述了外控制式的激光功率稳定技术的原理和方法，在此基础上，设计了一套基于声光调控的中波红外激光功率稳定系统，具体包括光路设计、声光调制器、电路设计、机械结构设计等。其中，光路设计可有效消除系统光杂讯成分，使中波红外激光的光路噪声更低；电路设计包括光电转换-信号放大电路和数据采集-反馈控制电路两部分，光电转换-信号放大电路将中波红外激光光信号转换为电信号并进行信号放大，具有低噪声、高增益的优点；数据采集-反馈控制电路采集模拟信号并形成精确的反馈控制信息，以通过声光调制器驱动控制声光调制器，使系统输出稳定的中波红外激光。最后，论文对比了系统开启前后的中波红外激光功率稳定度，并深入分析讨论了系统开启时间、激光器预热时间、探测器工作温度、外界环境改变等不同实验条件对实验的影响。测试结果表明，系统可控性强、噪声少、精度高、性能稳定，是获得高精度中波红外激光功率的有效方法，有效解决了中波红外激光功率稳定性差，低温辐射计无法直接使用的技术难题。本文研究设计的基于声光调制的中波红外激光功率稳定系统设计合理，具有良好的工程应用价值。

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第一章 绪论

1.1 研究背景和意义

1.2 国外激光功率稳定技术的发展

1.3 国内激光功率稳定技术的发展

1.4 本论文研究内容

第二章 中波红外激光功率稳定技术

2.1 中波红外激光器发展

2.2 氦氖激光器的输出功率及功率不稳定性

2.3 激光功率稳定技术

2.4 声光调制器的原理

2.5 本章小结

第三章 中波红外激光功率稳定系统设计

3.1 中波红外激光功率稳定系统

3.2 光路结构设计

3.3 系统硬件设计

3.4 本章小结

第四章 中波红外激光功率稳定控制算法设计

4.1 PID算法介绍

4.2 中波红外激光功率稳定控制算法设计

4.3 本章小结

第五章 实验结果和误差分析

5.1 实验结果分析

5.2 实验误差分析

5.3 本章小结

第六章 总结和展望

6.1 总结

6.2 展望

致谢

参考文献

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