全球生態(tài)系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)研究(GEDI)激光雷達(dá)，使用激光脈沖3D測繪地球森林的裝置系統(tǒng)，旨在測定地球上所有森林包含的碳總量。GEDI將于2018年年初安裝在國際空間站，將用3個(gè)NASA激光發(fā)射器，通過復(fù)雜的光學(xué)設(shè)備，將三束光轉(zhuǎn)換到地面上的14個(gè)軌道。這些軌道間隔500米，掃描幅寬6.4公里。掃描范圍為地球緯度50度以內(nèi)，包括幾乎所有的熱帶雨林和溫帶森林。NASA戈達(dá)德空間飛行中心激光器與光學(xué)分部的D. Barry Coyle等人在8月12日美國圣地亞哥召開的環(huán)境監(jiān)測激光雷達(dá)遙感XV會(huì)議上，介紹了NASA全球生態(tài)系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)研究(GEDI)激光雷達(dá)的激光發(fā)射器研究進(jìn)展，摘譯如下：
圖1 該GEDI儀器甲板（左），激光占用地面覆蓋（中）和JEM-EF安裝在國際空間站（右）。
單一振蕩器設(shè)計(jì)
高輸出最大效率諧振（High Output Maximum Efficiency Resonator，簡稱HOMER）激光器是GEDI的基本構(gòu)架，使用單一振蕩器實(shí)現(xiàn)無損、非單頻>15mJ激光脈沖、重復(fù)頻率>100 Hz輸出的概念是非常適用于行星和地球軌道遙感系統(tǒng)的，部件數(shù)量少、復(fù)雜性低、可擴(kuò)展性高。
然而一直不斷追求的目標(biāo)是：減少光學(xué)部件數(shù)量、最大限度提高效率、降低風(fēng)險(xiǎn)、最大限度提高預(yù)期壽命?？偣灿?個(gè)獨(dú)立的線路板系統(tǒng)研究開發(fā)完畢：具有高線性場和平衡計(jì)數(shù)的高度可配置單元、封閉-硬化測試單元、飛行品質(zhì)TRL6演示。
圖2、3、4所示的GEDI HOMER單元只采用了單一振蕩器設(shè)計(jì)輸出頻率242Hz、17mJ的脈沖能量。通常這些脈沖能量惡意安全地由主振蕩器功率放大器（MOPA）設(shè)計(jì)產(chǎn)生，類似于剛剛成功完成任務(wù)的水星激光測高儀（Mercury Laser Altimeter）。通過使用不穩(wěn)定諧振器和高斯反射光學(xué)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)大型、無光圈、單一空間模式，可以采用強(qiáng)大高增益、側(cè)面泵浦鋸齒形板條激光頭。這一設(shè)備在40cm腔內(nèi)產(chǎn)生直徑為2mm腔內(nèi)光束維持低內(nèi)部能量密度，降低光損傷風(fēng)險(xiǎn)，為追求最高效率和最少部件數(shù)量提供了平臺。
圖2 HOMER GEDI激光器設(shè)計(jì)圖
圖3 HOMER TRL6激光器安裝圖
圖4 HOMER GEDI激光器橫截面圖，編號器件：（1）激光頭（2）GRM（3）HR鏡（4）里斯利對（5）1/4波片（6）Q開關(guān)（7）TFP（8）柱面透鏡（9）電氣連接（10）Q開關(guān)驅(qū)動(dòng)器（11）導(dǎo)熱接口。
高可靠性光電力學(xué)
經(jīng)過多年反復(fù)的復(fù)雜光學(xué)機(jī)械設(shè)計(jì)，最終決定采用GRM X-Y定位的簡易2-板結(jié)構(gòu)，兩塊板都是鈦制成的，具有一個(gè)同心孔，其中一塊板牢固地固定在光具座端面，另外一塊板位于GRM連接中心。
圖5 GEDI激光腔完全有能力調(diào)整操作激光器外部附件
性能
每個(gè)HOMER激光器工作頻率242Hz、產(chǎn)生10-13ns Q開關(guān)脈沖，脈沖能量為17mJ，在1064nm的TEM00光束質(zhì)量。這一任務(wù)要求可靠激光器在多年任務(wù)期間至少持續(xù)發(fā)射25.1億次（平均每軌道占空比33%）。完全可以預(yù)期GEDI會(huì)運(yùn)行更長時(shí)間，因?yàn)閲H空間站軌道壽命正式延長到2024年以后。我們最近發(fā)布了完整使用期數(shù)據(jù)集顯示TRL6 HOMER激光器可以至少發(fā)射15x109射，
表1 HOMER GEDI激光器基本性能要求
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