针对侦察,测绘,精确制导等领域对高性能激光三维成像技术的迫切需求,本文提出一种基于脉冲切片的脉冲激光三维成像技术,对该技术所涉及的若干关键问题进行研究,主要的研究内容包括六个部分:探测用双波长脉冲激光器设计;谐振腔镜面质量对高功率激光器极限光束质量的影响研究;基于多子光束干涉的空间结构光发射方法;基于脉冲切片的脉冲激光三维成像体制研究;激光三维成像系统高频噪声分析及其抑制方法研究;基于脉冲切片的激光三维成像实验样机的系统测试。基于Nd:YAG/Nd:YVO₄互补吸收技术的双波长脉冲激光器设计。远距离探测用激光光源应具备脉冲峰值功率高,脉冲宽度窄,光束质量好,功率稳定性强的特点。传统的Nd:YAG激光器受其激光晶体材料限制,在高功率泵浦条件下,激光器的输出功率及其功率稳定性无法满足远距离探测要求。基于上述原因,我们提出一种Nd:YAG/Nd:YVO₄互补吸收技术,将Nd:YAG激光晶体良好的热物性参数与Nd:YVO₄激光晶体的宽光谱吸收特性进行优势互补,设计出具有高输出功率,高光束质量,高偏振特性,高功率稳定性的探测用激光光源。实验表明,选用40mm长、掺杂浓度为0.2%的Nd:YAG晶体作为前端晶体,选用16mm长、掺杂浓度为0.2%的Nd:YVO₄晶体作为后端晶体是激光器最优化设计方案,实现了高效能高功率稳定性的激光脉冲输出。最后,采用腔内倍频技术实现532nm激光输出,完成了远距离探测用双波长激光器的研制工作。谐振腔镜面质量对高功率激光器极限光束质量的影响研究。光束质量是评价高功率固体激光器的一项重要指标,在高功率激光输出条件下,谐振腔热透镜效应,增益介质的掺杂均匀性以及输出镜的镜面质量对激光器光束质量的影响不可忽略。本文主要研究谐振腔输出镜镜面形变以及镜面瑕疵对激光器极限光束质量的影响情况,建立了分析谐振腔光场的微扰理论,研究谐振腔输出镜镜面形变以及镜面瑕疵等微小扰动对激光器极限光束质量的影响。该方法的主要思想是将谐振腔镜面的微小形变以及微小瑕疵当作是对谐振腔内光场运动方程的微小扰动,通过对谐振腔中具有微扰的本征函数进行求解,得到谐振腔内各阶横模光场所占比重,由此计算得到在不同镜面形变和不同瑕疵尺寸条件下的激光器极限光束质量。该方法同样适用于分析谐振腔中热透镜效应以及增益介质掺杂均匀性等因素对激光器极限光束质量的影响情况,为激光器基础问题研究提供一种新的仿真思路。基于多子光束干涉的空间结构光发射方法。本文提出了一种基于多子光束干涉的空间结构光发射方法,该方法基于激光光束良好的空间相干性,使各子光束在空间产生相干叠加效应,形成具有明暗相间特性的空间结构光,空间结构光的干涉主峰强度高,发散角小,能够有效改善激光传输过程中激光光束的远场发散问题,在减小激光中心光斑尺寸的同时,大幅度提高了激光光源对远距离小目标的探测能力。将这种具有明暗相间特性的空间结构光发射方式应用于半主动寻的激光制导系统中,大幅度提升了激光制导信号的编码能力,提高了半主动寻的制导武器的战场生存能力。基于脉冲切片的脉冲激光三维成像技术。本文提出了一种基于脉冲切片的脉冲激光三维成像方法,该方法不但具备距离选通激光三维成像的技术优势,即采用具有大规模像素阵列的CCD（或CMOS）光学传感器,同时克服了距离选通激光三维成像过程中脉冲宽度对纵向距离分辨率的限制,在实现远距离高精度激光三维成像方面具有重要的研究价值。该方法是以一定的延时步长调整CCD成像探测器快门的开启时刻,对目标返回的激光脉冲信号进行多帧截取,从而在探测器各个像素点上产生一个动态变化的灰度阶时间序列,通过对这个灰度阶时间序列进行处理,能够得到该像素点上回波脉冲峰值位置的返回时刻,从而获取每个像素点所对应的目标表面的相对纵向距离,进而实现对目标的三维测量;设计实验对放置在1km位置处纵向距离间隔为10cm的目标板进行三维重建,取得了良好的实验结果,验证了该成像体制能够达到厘米量级的测量精度,摆脱了激光脉冲宽度对激光三维成像系统纵向距离分辨率的限制。激光三维成像系统高频噪声分析及其抑制方法研究。通过分析激光三维成像系统中激光脉冲信号高频噪声的产生原因,得到了激光器模式竞争对输出光脉冲高频噪声的影响情况,即脉冲信号中0.25-0.75GHz频段内的高频噪声是由谐振腔多横模振荡产生的,0.75-1.8GHz频段内的高频噪声是由谐振腔多纵模振荡产生的,这种高频噪声严重影响激光光场的稳定性,导致激光三维重建结果中存在诸多起伏抖动;通过对采集到的激光脉冲波形进行高频降噪处理,可以得到均匀平滑的激光脉冲波形,说明激光脉冲波形中的高频噪声是引起脉冲波形抖动的直接原因;实验证明利用高频降噪方法能够有效减小三维重建结果中的起伏抖动现象,在保证激光三维成像系统测量精度的同时,大幅度优化了系统的成像质量。基于脉冲切片的激光三维成像实验样机的系统测试。将探测用高功率高光束质量脉冲激光器与CCD成像探测器相结合,研制出一款具有远距离高精度探测能力的激光三维成像实验样机。利用该样机进行远距离外场测试,实现了作用距离1km,纵向距离分辨率小于10cm,成像景深57m,视场角3°的技术指标;在重度雾霾环境下进行远距离成像实验,得到了良好的三维重建结果,说明该样机具备良好的大气穿透能力,能够对处于浓雾等遮蔽环境下的目标进行高精度三维测量。从测试结果来看,利用激光脉冲切片三维成像技术研制的激光三维成像实验样机具有探测精度高,成像视场大,成像景深宽的技术优势。