1. 研究目的与意义（文献综述）

自从1960年第一台红宝石激光器诞生以来，激光器得到了迅速的发展。目前激光器的种类有很多,如以晶体或玻璃作为工作物质的固体激光器，以光纤作为工作物质的光纤激光器，以二氧化碳等气体作为工作物质的气体激光器等等^[1]。 其中固体激光器以其光束质量高、稳定性好、体积小、寿命长等优点而广泛应用于激光雷达，科学研发，国防，工业制造与医疗等领域，而随着空间科学的不断发展，激光雷达以其精度高，天候工作等优点而广泛应用于大气监测，空间遥感以及深空探测等领域^[2-6]。

星载激光雷达是基于卫星或者航天器平台的激光雷达，主要用于激光测高、遥感和成像。最早应用星载激光雷达的是美国“阿波罗”系列的登月飞船，利用氙灯泵浦的固体激光器进行测距，并绘制了第一张月球表面地形图^[7]。1996年，美国的“火星全球检测”卫星搭载了一台全固态激光高度计，并成功探测了火星地形地貌^[8]。2003年，美国成功发射了第一代冰、云和陆地高卫星(icesat)，是第一台用于连续全球观测的地理科学测高系统，系统中的激光雷达以优越的性能，在2003年至2009年收集了大量极地冰盖和海冰的厚度数据，为世界的气候变化提供了数据参考^[9-10]。2006年，nasa与法国国家航天中心合作的calipso正交偏振云-气溶胶激光雷达发射成功，并很好的完成了各项科研任务^[11-12]。2007年，日本成功发射了“月亮女神号”卫星，搭载的激光高度计成功地测量了月球表面的地形^[13]。我国在2007年也发射了“嫦娥一号”卫星，其中对月观测的激光高度计采用的是上海光机所研制的固体激光器，是我国第一套进入太空的星载激光雷达,主要任务是获取月球表面的地形高度，为月球表面的三维成像提供数据^[14-15]。而这些现存的空间对地观测激光雷达基本上都是采用低重频、高峰值功率的激光器，存在着测量点稀疏，分辨率低的问题。预计在2017年发射的美国的第二代对地观测卫星icesat-2的载荷激光器技术方案相比于icesat-1有了较大的更改。icesat-1卫星的载荷激光器采用的是低重频、高能量方案，其技术指标为单脉冲能量50mj、脉宽6ns、重复频率50hz。由于单光子探测技术的出现，对激光器脉冲能量的大小要求下降，所以icesat-2观测卫星采用的是高重频、低脉冲的技术方案，其技术指标为单脉冲能量2mj。脉冲宽度1ns、重复频率10khz，采用6台激光器多波束同时观测。此外，nasa下一代高精度激光雷达list同样也采用高重复频率，窄脉冲宽度，低脉冲能量的激光器。这种高重频、窄脉宽的激光器技术方案，可以极大地提高对地观测的分辨率和精确度，为未来的空间对地遥感和深空探测提供了更可信的数据^[16-20]。

国内目前在激光雷达技术上与国外的技术相比还有很大差距，为了应对我国未来的远程高精度的深空探测及对地观测的需求，设计制造能应用于空间环境的高重频、窄脉宽、高光束质量的激光光源也成为目前亟待解决的问题。本课题的设计即为未来空间探测激光雷达研究新型光源。

2. 研究的基本内容与方案

①设计的基本内容：

查找国内外关于空间探测的激光器设计的文献资料，了解它们的结构原理、设计思路以及激光器的指标，然后在指导老师的指导下初步制定设计技术方案，利用lascad激光器设计软件完成激光器的初步建模，仿真和优化激光器谐振腔结构和腔参数，使得仿真结果符合预期。并实际设计制作激光器，完成激光器的测试实验。

3. 研究计划与安排

第1-3周：查阅相关文献资料，明确研究内容，了解目前国内外空间激光器的发展现状以及光路设计和参数，了解自己设计激光器所要达到的性能指标。确定设计方案，完成开题报告。

第4-6周：根据指导老师安排，熟悉lascad固体激光器设计软件，尝试初步建模，模拟仿真。

第7-9周：利用上海光机所的实验条件，选择nd：yag作为激光器的增益介质，采用rtp晶体作为电光调q元件，利用传导冷却方式，在光学实验平台上搭建一台固体激光器，并调试。

第10-14周：利用相应仪器分析光斑质量，测试激光器的脉冲宽度，光束质量因子，平均功率，光光转换效率等参数，并不断调试，使激光器达到预期指标，最后完成装机。最后总结所搭建激光器的实验测试结果。

4. 参考文献（12篇以上）

[1] 周炳琨，高以智，陈佩嵘，陈家骅，霍力．激光原理（第七版）[m]．北京：国防工业出版社，2014．

[2] w.克希耐尔（w. koechner、作者），孙文（译者）．固体激光工程（第5版）[m]．北京：世界图书出版社，2005．

[3] 毛鑫，沈兆国，付洁，唐刚峰，羊毅，程建新.ld侧面泵浦nd：yag高重频电光调q激光器[j].应用光学，2013,34(2):355-358.