复合式激光远场光斑分布定量测量技术研究

激光远场光斑分布测量是研究高功率激光大气传输效应的有效方法,同时也是评估强激光武器作战效能的重要手段。设计了一种基于摄像和阵列探测相结合的复合测量方法,实现了强激光远场光斑时空分布的定量测量。该系统可用于波长为(1064±10)nm、功率密度动态范围为2～5000 W/cm2激光的远场光斑分布测量。     

激光光斑测量系统的电路设计与实现

为了直接测量远场激光光斑,设计开发了一套基于热释电探测器阵列靶的激光光斑测量系统。针对热释电探测器噪声特性,将探测器响应信号通过前置放大、增益放大、峰值保持、A/D采集等电路处理,最后由主控计算机存储光斑信息,并对光斑图像进行分析处理。通过实际的远场激光测试实验,验证了该设计能够有效测量远场激光光斑。     

基于单片机的激光远场光斑直接测量系统

激光远场光斑测量对描述激光束的远场性能,评价激光器以及系统的实际工作性能具有重要意义,通过比较激光光斑远场直接测量与间接测量的优缺点,提出使用单片机控制的探测器阵列进行远场光斑直接测量．描述了系统结构,分析了关键技术,给出了主要程序的框图．该系统能够测量激光光斑大小、形状、总能量、能量分布、重心、束散角等参数,可适用于多种重复频率的激光器,测量面积大、精度高,实时性好,为激光束绝对空间能量分布的测量提供了有效手段。     

基于探测器阵列的激光远场光斑测量系统

设计开发了一套基于探测器阵列的激光远场光斑测量系统.在1.5 m×1.5 m的靶面尺寸上间隔10 cm排列了15行×15列激光探测器阵列,探测器响应信号经前置放大后分别进行同步脉冲产生和信号峰值保持、峰值信号A/D采样,最后经计算机通信存储,事后进行光斑图像的形成和分析处理.光斑能量密度测量范围10 μJ/cm~2～10 mJ/cm~2,单元探测器测量精度优于15%,最高测量激光频率可达500 Hz.可满足目前大功率激光干扰武器装备的测量需求.     

随机相移激光的远场光斑研究

从理论上分析了激光经随机位相板变换后在远场的光斑特性(包括光斑的形状、大小、旋转对称性、衍射效率以及旁瓣分布),通过比较三种形状位相元(等边三角形、正方形和正六边形)的远场光斑特性,得知正六边形位相元结构的随机位相板更适合于激光聚变中的束匀化.     

激光定距引信远场光斑的压缩整形

针对激光定距引信的小型化激光发射系统远场光斑过大、探测距离偏近的问题展开研究。利用几何光学原理对激光定距引信的发射光学系统进行设计,采用非球面透镜与变形棱镜组合实现引信远场光斑的压缩整形,并通过ZEMAX 光学软件仿真优化和光斑试验。仿真试验结果表明,发射光束经过光学系统后,500m处的激光光斑直径被压缩到10 mm 且呈圆对称形状,准直效果显著优于柱透镜光学系统,使原有小型化、低功耗的激光定距引信探测距离明显增大。     

扫描型星载光电探测器激光干扰建模与仿真

激光干扰是目前对抗光电探测器的重要手段之一。从激光对光电探测器的干扰机理出发,研究了激光远场光斑大小,探测器表面激光覆盖面积,改进了扫描型星载光电探测器激光入瞳模型。为辐照到探测器光敏面的激光功率密度建立了模型,并以1.06μm激光辐照HgCdTe红外探测器为例,通过仿真计算,证明了星载低功率激光器对星载光电探测器干扰的可行性。     

基于CCD的远场激光光斑测量系统开发与应用

针对被测激光器的特点,设计了基于CCD的远场激光光斑测量系统,通过设置CCD摄像机的控制参数,确保正确采集光斑图像,实现了图像的采集、显示、存储功能,并编写光斑图像分析软件,实现了光斑图像处理、参数计算、能量三维娃示等功能。     

中红外高能激光光斑探测器

为定量测量中红外高能激光的总能量和功率密度时空分布,采用热吸收和光电量热复合相结合的测量方法,通过热吸收体温度场分布数值计算和探测器结构设计,研制了可用于长脉冲中红外高能激光测量的光斑探测器.探测器由量热堆、光电量热复合探测阵列、测温单元、数据采集单元和信号处理单元等儿部分组成.有效测量面积为12 cm×12 cm,光斑测量空间分辨率为2.4 cm,时间分辨率为25 Hz,总能最测晟不确定度小于10%,功率密度测量不确定度小于7%.实验表明,该探测器可测量最大能量超过50 kJ的数秒级脉冲中红外激光,采用该方法,可实现大面积、高能最和高空间分辨的高能激光光斑测量.     

大功率激光光束光斑参数的测量

本文针对激光加工大功率激光光束光斑质量诊断的要求,对热电探测器的响应时间、增益和信噪进行了分析,设计了一种新的光电转换电路,实现了对大功率激光功率分布的检测。此光电转换电路适于采用热释电探测器需快速响应。     

基于探测器阵列组件的光斑辅助定位系统的设计

设计并实现了一种基于探测器阵列组件的光斑辅助定位系统。该系统以120元Si-PIN探测器作为光电传感器,将其排列为正方形,由120路光电转换电路将每个光电传感器采集到的电流信号转换为电压信号并与预先设置的阈值电平进行比较,以判断该点探测器是否探测到光信号,在CPLD时序控制下将每个探测器的响应情况通过数据采集电路实时传送至上位机。将探测器阵列组件放置在指定位置,通过调节光源位置直至上位机反映的图像为对准后的形式,由此实现光斑辅助定位。经测试表明,该系统能实现240mm×240mm大面积、精度2mm的光斑位置实时探测和辅助定位,且相对传统方式更加简单可行。     

脉冲激光对CCD图像跟踪系统干扰效果评估

CCD图像跟踪系统广泛应用于图像制导、光电观测等领域，其利用目标的二维图像信息，实现对目标的跟踪，具有跟踪精度高、隐蔽性好、抗干扰能力强等特点。作为新概念武器之一的激光武器能否对其实现干扰及干扰效果如何是人们最为关心的问题；通过开展该领域的实验，回答了上述问题，并进行了相关的讨论。     

激光远场直接探测系统探测器阵列靶板的设计

设计了一种激光远场直接探测系统,对系统中的两个关键问题进行了讨论,一、在探测 器阵列靶板尺寸的确定问题上讨论了激光的衍射效应和大气湍流的影响;二、在探测器阵列靶板分辨率的确定问题上讨论了激光的衍射效应和大气湍流的影响;对第二问题讨论了对其有影响的三个方面:大气湍流引起激光碎斑尺寸,由采样定理决定的空间采样率,由阵列探测器的频谱函数引起的损失。这些影响都是在设计时必须予以充分考虑的因素。     

脉冲激光辐照CCD面阵探测器系统局部的干扰效应研究

采用脉冲激光对面阵CCD探测器系统进行干扰,研究了脉冲激光辐照CCD系统局部时,系统工作状态的变化,测量了CCD探测器系统的饱和阈值范围,分析了饱和的原因.在实验中观察到"光饱和串音”现象,实验验证了不同干扰频率对CCD探测系统具有不同的效果.     

球墨铸铁表面激光点状合金化组织及热疲劳性能研究

采用CO2激光器对珠光体基体的球墨铸铁表面进行了点状合金化处理。设计了激光合金化点的分布方案，研究了强化层的组织和性能，对激光处理后的试样进行了热疲劳实验。结果表明，预置TH-2A型C-Si-B-RE合金化涂层，选择适当的激光辐照参数，可以获得表面光洁、硬度高、无裂纹的合金化层。热疲劳实验的循环温度为700 ℃至25 ℃，加热90 s，冷却10 s，共循环90次。实验发现，激光合金化点及其热影响区(HAZ)以外表面区域的热疲劳裂纹萌生主要与石墨球的存在及其圆整度有关，基体中裂纹的扩展在点状合金化区周围受到阻滞。合金化区内热疲劳裂纹同样在合金化区与热影响区的宏观界面被阻滞。热影响区内裂纹萌生主要与热循环过程中产生的氧化物有关，热影响区内极为细化的珠光体团有效地阻滞了裂纹并迫使其只能沿晶界缓慢扩展。     

大功率半导体激光器阵列光束光纤耦合研究

从半导体激光器的光参数积出发，给出了一种集光束准直、整形、聚焦及耦合的高功率半导体激光器阵列光束的光纤耦合方法。推导出了正交的两组准直微透镜阵列的面形公式；计算了准直光束的准直精度和聚焦光学系统参数。作为例子，给出一个光纤芯径为800μm，数值孔径0．37的光纤耦合高功率半导体激光器实验结果．其耦合效率大于53％。     

基于随机微透镜列阵的激光光束匀化方法

利用微透镜列阵实现光束的分割和叠加是一种典型的光束匀化方法。而在微透镜列阵实现激光光束匀化时,由于微透镜列阵的周期性和激光的相干性,匀化光斑会产生周期性点阵分布现象,降低了光束匀化质量。提出一种利用中心离轴型随机微透镜列阵消除点阵效应以实现激光光束的匀化方法。在分析光束经过微透镜列阵的传播特性基础上,设计列阵中各个子透镜单元的几何中心偏离其光轴,利用中心离轴量的随机性打破微透镜列阵的周期性,消除目标面处的点阵现象,实现高均匀性的光斑分布。采用移动掩模技术制备随机微透镜列阵,并开展激光光束匀化实验。结果表明,该方法能够有效提高激光光束的均匀性,有望在激光加工、医疗和照明等方向有较大的应用前景。     

基于体光栅的多阵元光纤激光组束

针对外腔谱组束和主振荡功率放大(MOPA)组束方案中存在的问题,基于体光栅极窄的波长选择性和角度选择性,提出了两种多阵元光纤激光组束方案.为克服外腔谱组束中阵元数目受衍射元件有限频谱范围的限制,提出了一种基于级联体光栅的谱组束方案,该方案可使组束阵元数目随光栅数目倍增;提出了一种基于重叠体光栅的MOPA组束方案,该方案通过重叠体光栅的双向复用提供光学反馈,使系统无需复杂的相位检测与控制就可实现各阵元光束的相位锁定.     

纳秒激光微加工系统的实现

介绍了自行设计的纳秒激光微加工系统的组成和结构,各个部分的功能作用和工作原理,以及基于DSP和FPGA的硬件电路设计.分析了脉冲重复率、激光能量以及二维运动平台速度等参数对加工效果的影响,优化改善了脉冲式激光与二维平台运动的配合.整个系统结构简单,控制方便,稳定可靠,实现了高效率高精度的微加工.