超短脉冲激光系统提升LAGEOS测距精度至5cm

本文主要介绍了用于LAGEOS测距的超短脉冲激光系统，这是一种基于Nd:YAG（钕玻璃）材料的先进激光技术。该系统在1.06微米波长下的单脉冲输出能量达到了惊人的100毫焦耳以上，这在当时是相当高的能量水平，能够提供强大的测距能力。通过倍频转换，系统还能在0.53微米波长处输出超过50毫焦耳的能量，这对于精确的测距至关重要。 激光测距仪的发展经历了几个阶段，从早期的米级精度提升到分米级，再到厘米级，甚至更高。第三代激光卫星测距仪的代表是NASA使用的主动锁模激光器，这些激光器通常由俄亥俄州立大学生产的昂贵设备组成，但它们的开关元件寿命问题对系统整体可靠性构成挑战。相比之下，文中提到的超短脉冲激光系统采用了主动与被动锁模结合的技术，声光调制器作为主动元件，显著提高了锁模概率至100%，同时在10赫兹的重复率下实现了脉冲幅度的±2%稳定性，这是在当时同类技术中的重要突破。 该系统在上海天文台配备有φ600毫米主镜的测距仪上成功应用，显示出其在实际操作中的强大性能。它能够测距8000公里，测距精度达到了惊人的5厘米左右，这在当时的激光测距技术中无疑是非常先进的。这样的精度对于研究地球动力学、卫星轨道分析以及空间定位等领域具有重要意义。 值得注意的是，尽管纯被动锁模激光器存在脉宽宽、再现性和稳定性较差的问题，通过腔内附加主动控制器和声光调制器的应用，文章作者成功地克服了这些问题，推动了激光测距技术的进步。这项工作不仅提升了激光测距仪的精度和稳定性，也为后续的科研和商业应用奠定了基础。