p全球生态系统动力学研究GEDI

全球生态系统动力学研究(GEDI)，使用 D测绘地球森林的装置系统，旨在测定地球上所有森林包含的碳总量。GEDI将于2018年年初安装在国际空间站，将用 个NASA发射器，通过复杂的光学设备，将三束光转换到地面上的14个轨道。这些轨道间隔500米，扫描幅宽6.4公里。扫描范围为地球纬度50度以内，包括几乎所有的热带雨林和温带森林。NASA戈达德空间飞行中心与光学分部的D.BarryCoyle等人在8月12日美国圣地亚哥召开的环境监测激光雷达遥感XV会议上，介绍了NASA全球生态系统动力学研究(GEDI)激光雷达的激光发射器研究进展，摘译如下：

图1该GEDI仪器甲板（左），激光占用地面覆盖（中）和JEM-EF安装在国际空间站（右）。

单一振荡器设计

高输出最大效率谐振（HighOutputMaximumEfficiencyResonator，简称HOMER）激光器是GEDI的基本构架，使用单一振荡器实现无损、非单频 15mJ激光脉冲、重复频率 100Hz输出的概念是非常适用于行星和地球轨道遥感系统的，部件数量少、复杂性低、可扩展性高。

然而一直不断追求的目标是：减少光学部件数量、最大限度提高效率、降低风险、最大限度提高预期寿命。总共有 个独立的线路板系统研究开发完毕：具有高线性场和平衡计数的高度可配置单元、封闭-硬化测试单元、飞行品质TRL6演示。

图2、 、4所示的GEDIHOMER单元只采用了单一振荡器设计输出频率242Hz、17mJ的脉冲能量。通常这些脉冲能量恶意安全地由主振荡器功率放大器（MOPA）设计产生，类似于刚刚成功完成任务的水星激光测高仪（MercuryLaserAltimeter）。通过使用不稳定谐振器和高斯反射光学系统实现大型、无光圈、单一空间模式，可以采用强大高增益、侧面泵浦锯齿形板条激光头。这一设备在40cm腔内产生直径为2mm腔内光束维持低内部能量密度，降低光损伤风险，为追求最高效率和最少部件数量提供了平台。

图2HOMERGEDI激光器设计图

图 HOMERTRL6激光器安装图

  图4HOMERGEDI激光器横截面图，编号器件：（1）激光头（2）GRM（ ）HR镜（4）里斯利对（5）1/4波片（6）（7）TFP（8）柱面透镜（9）电气连接（10）Q开关驱动器（11）导热接口。

高可靠性光电力学

经过多年反复的复杂光学机械设计，最终决定采用GRMX-Y定位的简易2-板结构，两块板都是钛制成的，具有一个同心孔，其中一块板牢固地固定在光具座端面，另外一块板位于GRM连接中心。

图5GEDI激光腔完全有能力调整操作激光器外部附件

性能

每个HOMER激光器工作频率242Hz、产生10-1 nsQ开关脉冲，脉冲能量为17mJ，在1064nm的TEM00光束质量。这一任务要求可靠激光器在多年任务期间至少持续发射25.1亿次（平均每轨道占空比 %）。完全可以预期GEDI会运行更长时间，因为国际空间站轨道寿命正式延长到2024年以后。我们最近发布了完整使用期数据集显示TRL6HOMER激光器可以至少发射15x109射。

表1HOMERGEDI激光器基本性能要求