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　　全球生態(tài)系統(tǒng)動力學研究(GEDI)激光雷達，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NASA激光發(fā)射器，通過復雜的光學設備，將三束光轉換到地面上的14個軌道。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，包括幾乎所有的熱帶雨林和溫帶森林。NASA戈達德空間飛行中心激光器與光學分部的D. Barry Coyle等人在8月12日美國圣地亞哥召開的環(huán)境監(jiān)測激光雷達遙感XV會議上，介紹了NASA全球生態(tài)系統(tǒng)動力學研究(GEDI)激光雷達的激光發(fā)射器研究進展，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）。

　　單一振蕩器設計

　　高輸出最大效率諧振（High Output Maximum Efficiency Resonator，簡稱HOMER）激光器是GEDI的基本構架，使用單一振蕩器實現無損、非單頻>15mJ激光脈沖、重復頻率>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，部件數量少、復雜性低、可擴展性高。

　　然而一直不斷追求的目標是：減少光學部件數量、最大限度提高效率、降低風險、最大限度提高預期壽命?？偣灿?個獨立的線路板系統(tǒng)研究開發(fā)完畢：具有高線性場和平衡計數的高度可配置單元、封閉-硬化測試單元、飛行品質TRL6演示。

　　圖2、3、4所示的GEDI HOMER單元只采用了單一振蕩器設計輸出頻率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）設計產生，類似于剛剛成功完成任務的水星激光測高儀（Mercury Laser Altimeter）。通過使用不穩(wěn)定諧振器和高斯反射光學系統(tǒng)實現大型、無光圈、單一空間模式，可以采用強大高增益、側面泵浦鋸齒形板條激光頭。這一設備在40cm腔內產生直徑為2mm腔內光束維持低內部能量密度，降低光損傷風險，為追求最高效率和最少部件數量提供了平臺。 　　

　　
圖2  HOMER GEDI激光器設計圖
 　　

　　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（7）TFP（8）柱面透鏡（9）電氣連接（10）Q開關驅動器（11）導熱接口。

　　高可靠性光電力學

　　    經過多年反復的復雜光學機械設計，最終決定采用GRM X-Y定位的簡易2-板結構，兩塊板都是鈦制成的，具有一個同心孔，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整操作激光器外部附件

　　性能

　　    每個HOMER激光器工作頻率242Hz、產生10-13ns Q開關脈沖，脈沖能量為17mJ，在1064nm的TEM00光束質量。這一任務要求可靠激光器在多年任務期間至少持續(xù)發(fā)射25.1億次（平均每軌道占空比33%）。完全可以預期GEDI會運行更長時間，因為國際空間站軌道壽命正式延長到2024年以后。我們最近發(fā)布了完整使用期數據集顯示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