100 kW固体激光中继镜系统模拟

建立了中继镜系统模型,并进行了一定的近似,在某地区特定大气条件下,利用激光大气传输四维程序及相关程序模块,分别计算了固体激光中继镜系统和常规地基高能激光系统对1 km高度,1 km/s飞行速度目标的作用效果.根据中继镜系统对目标可作用时间长的特点,选取常规激光系统和中继镜系统的破坏阈值分别为3 cm桶中功率28.27 kW和5.655 kW,分析得出常规高能激光系统可作用目标的最大水平距离为4.6 km,中继镜系统可作用目标的最大水平距离为11.3 km.与常规高能激光系统相比,中继镜系统降低了大气对激光的影响,拓宽了激光系统的作用范围.     

激光中继镜传输的等效菲涅耳数分析

中继镜系统被认为是一种能有效降低大气对激光影响并提升激光打击范围的新型高能激光系统。激光中继镜传输优势评判标准以及应用优势范围分析是中继镜技术研究的重要内容。文章建立了中继镜系统光束传输模型,详细推导了真空和湍流条件下激光中继镜传输过程的等效菲涅耳数,分析了光束中继镜传输过程的性能评价因子以及光束传输性能与等效菲涅耳数的关系,在此基础上分析了激光中继镜传输应用优势范围的求解方法,并对Hufnagel-Valley 5/7湍流模型条件下光源波长3.8 m、高度30 km的激光中继镜系统进行了数值模拟。结果显示:地球大气湍流条件下,中继镜系统能提升激光对远距离、高空目标的打击效果,拓展激光的打击范围。     

基于涡旋光源和相位优化的中继镜系统上行链路光束传输缩比实验研究

激光中继镜技术是一项备受各方瞩目的新型系统作战概念。光束在上行链路传输过程中,接收望远镜的截断和次镜的阻挡导致了严重的能量损耗,降低了中继镜系统的性能。涡旋光源和相位优化是提升激光中继镜系统上行链路能量效率的有效方法之一。以光源口径为1.2 m,上行传输距离为30 km,上行接收望远镜外径为1.2 m,内径为0.24 m的中继镜系统为原型,搭建了相同菲涅耳数的中继镜系统光束上行传输缩比实验装置,通过液晶空间光调制器反射调制NdYVO4光源的方法产生涡旋光源,并由随机并行梯度下降算法优化涡旋光源相位分布,开展了中继镜系统上行链路光束传输缩比实验研究。实验结果表明,通过采用涡旋光源和相位优化,中继镜系统上行链路能量效率得到了显著提高,由71.89％提升至91.59％。     

激光中继镜系统的上行光束模拟

介绍了激光中继镜技术的概念和激光中继镜系统的工作过程,分析了该系统的优势和应用范围,建立了激光中继镜系统上行光束模型并近似为一真空远场衍射模型.分析了上行光束的传输方式并计算了理想条件下不同传输距离Z处接收光场H(R)的强度、相位分布以及能量接收效率η与接收望远镜口径R和传输距离之间Z的关系曲线,最后对结果进行了分析.得出在理想情况下,当中继镜系统采用1.5 m口径的望远镜发射和接收波长3.8μm激光束时,随着衍射距离的增加,接收场的衍射远场特性逐步显现,对传输距离在50 km范围内,系统的能量接收效率在85%以上.     

基于相干合成的中继镜系统光束上行传输分析

建立了以相干光束阵列作为光源的中继镜系统模型,光源相位分布由随机并行梯度下降算法优化控制;定义了上行接收光束强度分布不均匀影响因子并分析了上行传输过程的评价函数;在H-V5/7模型大气湍流条件下分别计算了以相干光束阵列作为光源和以平台截断光束作为光源的中继镜系统的上行传输效能。结果显示,利用随机并行梯度算法控制多光束相干合成实现中继镜系统光束上行传输,系统上行传输能量耦合效率和上行接收光束强度均匀性均得到了有效的提高。对10 km上行传输过程,系统评价函数由0.6730提升至0.8838;对30 km上行传输过程,系统评价函数由0.4266提升至0.8560。     

孔径匹配对中继镜系统上行传输影响的模拟与分析

利用激光大气传输四维程序,建立了双望远镜中继镜系统上行传输模型,研究了孔径匹配对中继镜系统上行传输的影响。选择去除畸变相位后的接收光场的远场峰值功率密度作为中继镜系统上行传输的性能指标,通过光束在真空中传输的计算,得到了接收口径一定时不同发射口径对应的最优发射焦距,并对不同发射功率激光在大气中上行传输的情况进行了模拟计算。结果表明,当接收孔径一定时,随着发射孔径的增大,最优发射焦距减小;增大发射孔径,可以增大临界发射功率;当发射功率较小时,在一定发射口径范围内,发射口径的变化对中继镜系统上行传输的性能指标影响不大,当发射功率较大时,增大发射口径可以有效提高中继镜系统上行传输的性能指标。     

美国利用航空航天中继镜系统改变激光方向

美国利用“航空航天中继镜系统（ARMS）”来改变一束激光的方向，并射向一个目标。这次验证试验利用1／2比例大小的战略中继镜，在科特兰空军基地研究实验室进行。ARMS将最终搭载航天器或太空飞船进入高度轨道，与空基、地基或海基高能激光器共同破坏弹道导弹和其他目标。通过减少大气对激光束的作用将其射程延长到视线之外．中继镜系统将大幅提高激光武器系统的性能。     

中继镜系统上行传输的数值模拟

利用激光大气传输四维程序,在H-V5/7湍流模型下建立了双望远镜中继镜系统上行传输模型。数值研究了地面发射功率对中继平台接收望远镜与地面发射望远镜之间的耦合效率以及中继平台接收功率和接收光场远场峰值功率密度的影响。结果表明:在文中的条件下,中继平台接收功率随着地面发射功率的增大而增大,同时,中继接收望远镜与地面发射望远镜之间的耦合效率和中继平台接收光场的光束质量随着地面发射功率的增大而下降;存在一临界热畸变参数NDc,当上行传输的热畸变参数超过这一值时,中继平台接收光场的远场峰值功率密度不再增加反而下降。对不同湍流效应下的中继镜系统上行传输的临界热畸变参数作了进一步研究,得到了临界热畸变参数随D/r0值变化的拟合关系式NDc=22.36e-0.26（D/r0）+36.87。     

高速滑翔目标点源红外辐射特征模拟及可探测性分析

文中对天基和地基两种观测平台下高超声速滑翔飞行器的点源红外可探测性进行了分析;通过双温度模型的N-S方程和气固耦合模型获得流场参数和壁面温度,并基于逐线法获得气体的物性参数;基于视在光线法求解辐射传输方程来获得HTV-2飞行器的点源本征辐射特性,并考虑大气透过率、背景以及路径辐射参数下计算不同平台的可探测性。结果表明:目标的中长波辐射强度强烈依赖于本体辐射,气体辐射可以忽略;3~5 m谱带内的本征辐射较8~12 m高近一个量级;在固定探测器灵敏度（10-12 W/cm2）下,最大探测距离强烈依赖于波段和探测角度。3~5 m谱带内地基和天基观测的理想最大探测距离分别为450 km和1 450 km,8~12 m谱带分别为300 km和550 km。     

无人机全光中继系统误码率性能分析北大核心CSCD

研究了大气湍流信道下无人机全光中继(optical amplify-and-forward,OAF)激光通信的误码率性能。为了减小大气湍流的影响,改善系统的误码率性能,同时实现较远距离的数据下传,本文基于掺饵光纤放大器(Erbium Droped Fiber Amplifier,EDFA)和光学硬限制器(optical hard-limiter,OHL)结合的无人机平台,同时采用高空水平传输和单输入多输出(single input multiple output,SIMO)技术斜程传输的两跳中继模式。在基于正态分布和双伽马(Gamma-Gamma)湍流模型下,分析了指向误差、中继距离、天顶角、束散角及平台高度等对误码率性能的影响。仿真结果表明,无人机OAF系统可以有效改善较远距离通信的数据下传误码率性能;当发射功率P_(t)=19 dBm,阈值功率P_(th)=-31 dBm,N=3时,最优发散角为0.8~1.2 mrad,天顶角控制在45°内时,可以在6 km的中继系统中得到10^(-6)系统误码率性能。     

美国Mercury系统发展近况

Mercury激光系统是一个可升级的脉冲重复率惯性聚变驱动器，它的运行目标是：10Hz重复率工作，输出能量100J，脉宽2～10ns，电效率10％。该系统利用激光二极管抽运掺Yb^3 的S-FAP晶体，由氦气流对晶体进行冷却，通过图像传递角多轴系统实现4通放大，最大程度地减小了10Hz工作条件下波前畸变和光学破坏的风险。本文报导该系统的进展近况。     

通用原子公司高能激光器研制进展

通用原子（航空系统）公司高能激光器得到了高能液体激光区域防御系统（HELLADS）计划的经费支持,目前已发展到第3代系统,并通过了美国政府验收。首先对HELLADS计划相关信息进行了梳理,分析了其产生背景、研制阶段、支持经费和相关技术进展。其次详细研究了通用原子公司高能激光器的系统结构、技术路线、抽运方式、技术特点和性能指标。通过综合分析可知,通用原子公司第3代高能激光器模块采用紧凑的锂离子电池提供电力,输出功率为75kW,光束质量β < 2,电光效率接近30%,模块尺寸为1.3m×0.4m×0.5m,重量/功率比为4kg/kW,持续运行时间超过30s,适合于安装在各种小型战术平台上。最后评述了该激光器输出功率定标放大的技术途径,探讨了其后续发展方向。     

作用在工件表面上脉冲激光能量的自动调节

研究了作用在工件表面上脉冲激光能量的稳定性因素。提出了脉冲激光能量自动调节系统的原理和评价。试验结果表明:系统的稳定性为99％,系统的精度为94.2％。     

激光补给无人机跟踪方法研究

激光供能无人机能实现能量实时补给,提升无人机续航时间。无人机一般情况下,飞行距离地面固定补给站较远,激光光斑增大到完全覆盖无人机机身,导致无线能量传输距离过远,以及如何实施激光跟踪瞄准。针对上述问题,本文提出了一种新的跟踪瞄准方法,根据安装在光伏电池板上光敏传感器的输出电压的对比来对无人机进行最优追踪。经计算得出东西向的偏移量为2.310 mm,与实际偏移量2 mm近似,误差0.31 mm。     

高功率激光阵列探测器中光强分布复原方法

根据激光大气传输特性及衍射理论,提出一种对阵列探测器中相邻探测单元测量值之间进行插值的新方法——"高斯"插值法,并且对该方法获得的远场光强分布与"马赛克"及"线性"插值方法获得的光强分布进行了比较。结果表明:当焦平面处83.9%和63.2%环围能量半径上具有相同的探测单元时,"高斯"插值方法比其他两种方法复原的光强分布更为接近原始光斑的光强分布,其中"马赛克"方法复原的光强分布与原始的光强分布相比偏差较大。另外,从光斑大小考虑,"高斯"插值法也能够较好地复原出远场的空间光强分布。     

高功率DPL光束质量研究

为了在高功率DPL中获取高光束质量输出激光，利用扭转模获取高光束质量种籽源的同时，进行了高重复频率下的热致及光致双折射效应的补偿、高功率二极管均匀泵浦聚光腔设计及相位共轭镜用于改善激光系统光束质量等特性研究。最终获得了重复频率40Hz、单脉冲能量大于400mJ、近衍射极限的高光束质量激光输出。这种方法对高功率激光系统的设计十分有用。     

窗口效应对高能激光光束质量影响的实验研究

选用氟化钙为窗口材料,通过实验验证了高温和应力作用下的窗口对光束质量的影响。选取一种高能激光光束质量的评价方法,对窗口效应引起的光束质量退化在实验中得到了验证。通过处理光束在远场的光斑半径,得出由于窗口的影响,光斑半径变大且增长速率较快的结论,从而证实窗口热效应对光束质量有较大影响。     

美国机载激光武器发展-ABL计划

介绍了美国机载激光武器(ABL)计划,分析了ABL武器的组成、工作原理、战技指标和作战运用设计,进而从概念设计、技术验证、分系统集成测试和全系统综合试验四个阶段总结回顾了ABL计划的发展历程,最后从技术制约、作战运用、政策变化、运营管理四个方面探讨了ABL计划失败的原因,并从风险控制、关键技术评估、全寿命需求论证与考核等方面给出了研制发展高新技术武器的启示。     

激光制导武器能量仿真系统设计

为了实现对激光制导武器半实物仿真系统中能量的精确控制,采用理论分析和工程实践相结合的方法,设计了能量仿真系统,对能量衰减模型及系统设计方案进行了研究,对其中激光生成子系统和能量衰减子系统进行了优化设计,并利用E1000激光能量计对设计的系统进行了标定。结果表明,该系统在不同频率下生成的能量稳定在40mJ左右,可变衰减比范围优于47dB。该系统的实时性和精度均满足半实物仿真中激光能量模拟的要求,且稳定可靠。     

关注美国机载激光武器(ABL)计划

机载激光武器（ABL）是拦截处于助推段弹道导弹的激光武器。介绍了ABL汁划的由来并根据其作战任务,分析了其系统组成和各部分担负的任务,系统阐述了其发展计划,并对项目进展进行了预测。