空間應(yīng)用的紫外激光器壽命論證

空間應(yīng)用的紫外激光器壽命論證Fibertek公司的MichaelAlbert等人在LidarRemoteSensingforEnvironmentalMonitoringXV發(fā)表文章論證空間應(yīng)用的UV激光器壽命，摘譯如下：15W、50～200Hz紫外激光器的使用壽命超過10億射，成為許多潛在空基激光雷達(dá)任務(wù)的可行性技術(shù)，這些任務(wù)，以NASA資助機(jī)載激光雷達(dá)系統(tǒng)為例，列表如下：1、氣溶膠/云團(tuán)/生態(tài)系統(tǒng)（ACE）：這個(gè)任務(wù)將是非常成功的CALIPSO云和氣溶膠激光雷達(dá)的后續(xù)擴(kuò)大任務(wù)。在NASA蘭利和NASA戈達(dá)德空間飛行中心的研究人員已經(jīng)開發(fā)出三種波長（1064nm、532nm和355nm）高光譜分辨率激光雷達(dá)（HSRL）系統(tǒng)作為ACE任務(wù)的候選技術(shù)。這種空基版本激光雷達(dá)的355nm通道需要從幾到幾百mJ/脈沖，重復(fù)頻率范圍50-150Hz。2、3D風(fēng)：全球覆蓋的對流層風(fēng)團(tuán)的空基測量已被確認(rèn)是天氣和氣候建模的關(guān)鍵任務(wù)。NASA資助的測量風(fēng)的潛在候選任務(wù)至少有兩種雷達(dá)技術(shù)能夠清晰空氣測量。一種是工作在355nm波長直接探測風(fēng)的激光雷達(dá)，如建造在戈達(dá)德空間飛行中心的對流層風(fēng)激光雷達(dá)技術(shù)實(shí)驗(yàn)(TWiLiTE)。TWiLiTE系統(tǒng)的擴(kuò)大版用于滿足3D風(fēng)速任務(wù)要求。第二種是鮑爾宇航正在開發(fā)的NASA資助的光學(xué)自協(xié)方差風(fēng)激光雷達(dá)（OAWL）系統(tǒng)，該系統(tǒng)工作在355nm波長。這兩種激光雷達(dá)技術(shù)使用的激光器是每脈沖能量100-500mJ、重復(fù)頻率在50-200Hz范圍。3、全球大氣成分任務(wù)（GACM）：臭氧DIAL系統(tǒng)可能是這一任務(wù)的重要器件。正在NASA蘭利開發(fā)的NASA資助的全球臭氧雷達(dá)演示（GOLD）的擴(kuò)大版是GACM任務(wù)要求全球臭氧測量的強(qiáng)有力競爭者?？栈鍳OLD所需的關(guān)鍵技術(shù)是高能量355nm泵浦激光器將波長上轉(zhuǎn)換為波長300-320nm范圍內(nèi)用于臭氧測量。顯然驗(yàn)證100-500mJ的UV激光器壽命對于推進(jìn)那些需要激光器的航天任務(wù)是很有必要的，另外一個(gè)關(guān)鍵TRL-6要素是相關(guān)環(huán)境下熱/真空測試和振動測試。我們正在開發(fā)用于壽命測試的激光器模塊，從而滿足太空飛行任務(wù)的振動和真空操作要求，我們利用了以前第二階段SBIRs開發(fā)的關(guān)鍵光機(jī)械設(shè)計(jì)特征以及ICESat-2激光發(fā)射器作為基礎(chǔ)提出的紫外線壽命演示（UVLD）來實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)。激光器模塊設(shè)計(jì)激光器設(shè)計(jì)方案原本是工作在50Hz的15W紫外激光器。作為項(xiàng)目的一部分，我們會定期和ESTO贊助商和其他雷達(dá)系統(tǒng)相關(guān)開發(fā)人員溝通審核，根據(jù)他們提供的激光器輸入數(shù)據(jù)我們最終改變設(shè)計(jì)為1064nm泵浦激光器，工作頻率150Hz，同時(shí)仍保持40W的平均功率輸出。在355nm的UV平均功率最終目標(biāo)仍然是15W。表1

UV壽命驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)的最終性能目標(biāo)硬件組裝和檢測狀態(tài)截至2015年夏初，激光器運(yùn)行所需的電子設(shè)備已經(jīng)完成，末級功率放大器完成光學(xué)模塊組裝，第二放大器完成全面測試和表征。振蕩器和前兩級放大器的性能滿足設(shè)計(jì)目標(biāo)，圖所示激光器模塊兩個(gè)隔間的組裝狀態(tài)。圖1

環(huán)形振蕩器、放大器1和放大器2的劃分圖壽命測試和環(huán)境測試對激光器壽命測試順序包括以下四個(gè)步驟：1、更小尺寸（6mmx6mmx25mm與最終UVLD尺寸12mmx12mmx25mm）LBO三倍器的高重復(fù)頻率、低脈沖能量（20kHz，紫外光~6W）測試，LBO和大型晶體來自同一供應(yīng)商，測試用泵浦源是ICESat-2任務(wù)中用于測試壽命的ICESat-2激光器的實(shí)驗(yàn)版本。輸出紫外光的譜峰強(qiáng)度與UVLD類似，但光斑尺寸會小很多。測試的目的是作為LBO三倍涂層的初步甄選并作為UV模塊清潔工藝的初步驗(yàn)證。測試時(shí)間預(yù)計(jì)為期一個(gè)月，相當(dāng)于500億射。2、UVLD激光器的4個(gè)月、532nm合適的壽命測試來評估532nm壽命，測試的目的是核實(shí)LBO倍增涂層和1064nm激光發(fā)射器的清潔度，還對只使用1064nm和532nm輸出的激光器有興趣。3、用于初始UV壽命評估的激光發(fā)射器的4月、半功率355nm壽命測試，這一測試提供了LBO三倍涂層的初始低功率驗(yàn)證以及UV模塊的清潔工藝。還會對一系列測試中出現(xiàn)的任何長期衰減的強(qiáng)度依賴