光电装备的光学窗口激光变换特性研究

本文提出一种方法，利用激光扫描战场上光电装备光学窗口并研究其对激光的变换特性，从而建立这些光电装备的变换特性数据库，它在未来的光电对抗（尤其是战术激光武器）、激光主动侦察和识别以及激光雷达等领域将发挥重要的作用。     

大口径光学薄膜激光预处理系统缺陷检测控制

大口径光学薄膜激光预处理系统是通过确定大口径光学薄膜的缺陷分布,对大口径光学薄膜的缺陷进行准确地激光修复。为了达到保障系统运行速率与检测精度的目的,采用对缺陷检测部分的运动控制与补偿进行改进的方法,进行了理论分析和实验验证,取得了在不同运动速度下光栅尺的读数精度、伺服电机的控制精度以及图像采集偏移量的补偿值等数据。结果表明,采用伺服电机控制运动并结合硬件通过指定点比较函数控制采图点的方式保证系统在高速运动(20mm/s)情况下,对系统进行多次运动校正和适当的运动补偿,可以提高大口径光学薄膜激光预处理系统缺陷检测的精度,从而改善大口径光学薄膜激光预处理的效果。     

激光传输通道动密封防尘结构设计

激光传输通道工作环境复杂,为满足系统密封要求,设计了一种磁流体动密封结构。主要由磁流体、极靴、永磁体、内筒、外筒和盖板组成。建立磁场仿真模型,计算了不同密封间隙内磁场的大小及其分布。分析了01～04mm间隙下的理论耐压能力,根据工程要求选取了密封间隙02mm。耐压值可以达到026 MPa。应用Block Lanczos法对内筒进行模态分析,一阶固有频率69094 Hz,远高于经纬仪固有频率,满足动力学要求。最后进行试验并分析了离心力对密封的影响。结果表明密封结构的各项指标均满足可以要求。     

机载激光通信光学窗口气动光学效应分析

机载激光通信中通信光束散角小、系统跟踪精度高,光学窗口的气动光学效应会引起远场光斑形状和位置发生变化,降低通信性能。为此,通过Fluent对共形和平面两种光学窗口整流罩在不同飞行高度、速度、方位角下的外流场进行稳态仿真分析,利用相位屏分析远场自由衍射光斑变化。结果表明,共形窗口在俯仰、高度和速度变化中的流场更加稳定,呈现更为一致的变化趋势,且在远场衍射中表现更好。平面窗口在方位转角变化大与低速的飞行工况下,RMS值低于共形窗口。远场光斑发生偏移和弥散的程度与波面畸变成正相关,但在波面畸变较大的情况下,RMS值不能完全定义其对光学系统的影响。同时,当俯仰角靠近机体表面、降低飞行高度、增加飞行速度均会增强波面畸变。     

大口径光学元件装夹转运结构设计及分析

为了实现大口径光学元件的安全装夹、转运,通过光学元件开槽与不开槽两种装夹方式的分析,得出开槽夹紧转运方式将带来微裂纹、应力集中、成本高等缺陷,提出了利用摩擦力克服光学零件的重力和惯性力的低应力装夹转运方案。通过对光学元件低应力夹紧结构设计,并利用有限元分析方法,得到不开槽装夹方式下,光学元件的最大主应力为1.11 MPa,最大切应力为0.73 MPa,远低于光学元件破坏的强度极限,且受力均匀,无应力集中现象。     

强激光大气传输特性分析及自适应光学技术

分析了强激光在大气传输中产生的折射、吸收、散射和湍流等线性光学效应，以及热晕、受激喇曼散射和大气击穿等非线性光学效应。同时介绍了自适应光学技术，以用于强激光发射。     

抖动激光陀螺谐振腔的热特性研究

激光陀螺高低温条件下所产生的热应力、形变对其全温性能有重要影响。传统激光陀螺腔体设计重点关注谐振腔的光学特性,力学和热学特性研究较少。传统谐振腔结构设计主要采用经验公式与试验方法,设计迭代次数较多,设计效率低。利用有限元分析方法对抖动激光陀螺谐振腔的主要结构参数与热特性的关系进行研究,得到了谐振腔温度场的分布,以及谐振腔主要结构参数与谐振腔热应力、热形变之间的关系曲线,为抖动激光陀螺的谐振腔优化设计提供了重要方法和指导性依据。该研究对提高抖动激光陀螺设计效率、缩短设计周期、降低成本有着重要意义。     

大口径宽波段激光发射通道的防尘方法

针对大口径宽波段激光发射通道密封防护较难的问题,提出了正压净化通风密封方法。该方法利用送入内通道的干燥洁净的净化气流,排出原有空气并充满内通道,基于正压原理阻挡外界空气和微粒,实现发射通道的密封。借助计算流体力学软件Fluent对激光发射内通道的正压通风流场进行了连续相和离散相的数值模拟,发现正压通风方法形成的正压净化气流不仅可以阻挡外界空气,而且在小于4.71E-3 kg/m3的颗粒浓度范围内,净化气流对空气中各种粒径的尘埃颗粒也起到很大阻挡作用。另外,通过分析流场的气体折射率的非均匀分布发现,对于0.8~10.6 m波段范围的激光,正压通风引起的光程差约为0.32 m。正压通风实验的测量结果显示,颗粒浓度与仿真曲线变化趋势基本一致,证明了正压通风方法的有效性。     

一种新的激光发射系统准直方法

激光发射系统包含多个光通道和传感器,还具有非常高的能量和异常波长。因此,传统的轴系调试方法非常复杂,而且精度不高。传统方法对实际光路进行调试,还存在人员安全的问题。本文提出了一种基于自准直法的新方法,建立了新的光学辅助调试光路,利用高精度自准直数显设备,对系统光学进行调试,解决了人员安全和高精度的问题。文章对该方法进行了仿真和实验。最后,对激光发射系统的精度和误差合成进行了分析和比较,新方法能将传统方法15 mrad的调轴精度提高至3 mrad,分析结果表明,新方法具有安全高效且精度高的优点。     

大口径体吸收激光卡计

研制了80mm开口的玻璃体吸收卡计,该卡计用于高功率脉冲激光能量的绝对测量,对卡计的主要性能进行了测试研究。结果表明,线性和重复性小于±1.5％。采用自动热平衡补偿技术,使卡计的“零漂”小两个量级,能量探测率提高20倍,测量周期缩短到1分钟以内。     

JK-80大口径激光能量计

JK-80大口径激光能量计是国家科技“六五”攻关项目,1986年12月通过了技术鉴定,为国内测量百焦耳以上,功率密度达10~9 W/cm~2的大口径脉冲激光束能量,提供了一个新的测试仪器.大口径激光能量计主要由两部分组成:JK-80能量计探头和JK数字能量表.探头用来接收激光辐射;数字能量表用来直接显示激光能量值.大口径激光能量计的突出优点是:由于采用了     

激光引信大视场小型化发射光学系统设计

由于受系统体积限制，目前激光引信大视场探测方式无法满足小型化结构简单的需求。针对激光引信弧矢方向无漏探测、子午方向窄视场探测的技术要求，提出了一种小型化大视场激光引信发射光学系统的设计方法，采用由三个管芯线型阵列排布的隧道结半导体激光器作为发射光源，合理选择光学视场空间布局方式，设计了三象限扇形轮流发射方式激光引信发射光学系统，其特点在于体积小、视场大、结构合理，装调简单，单路发射光学系统体积为8 mm8.2 mm15 mm，单路弧矢方向探测视场达120。设计的发射光学系统能够满足弹径为70 mm的便携式防空导弹激光引信大视场目标探测要求，解决了周视激光引信小型化的需求问题。     

大通光孔径气动窗口光学特性研究

实验研究了引射式大通光孔径气动窗口光学特性。由哈特曼激光光束诊断仪采集的数据给出了激光束通过气动窗口后的Strehl比,波像差,Zernike多项式各系数。从这些光学特性参数可以分析引射气压、气动窗口结构对通光光束质量的影响。研究表明随引射气压增加使通光光束发散,这和环形喷嘴喷出的气流形成的轴向气体密度分布的梯度变大有关。非均匀分布的抽口使波阵面偏斜,这会使光束漂移。     

高能激光系统中齿形切趾光阑的聚焦特性研究

为了提高高能激光系统光束质量,采用理论和实验相结合方法,对圆孔光阑和齿形切趾光阑的远场聚焦特性进行了理论分析和实验验证,并与圆孔光阑的远场衍射作了比较.结果表明,当圆孔光阑的硬边变成齿状的软边时,远场衍射的次极大值在一定程度上会降低;当齿状光阑齿数增多时,远场衍射光斑周边辐射状的穗状条纹将变得均匀,而且能量密度减弱,仅为峰值能量的0.01.理论和实验相符合,对指导齿形切趾光阑的制作和在激光工程中应用具有重要的参考意义.     

小孔径采样在大口径系统主镜装调中的应用

为了满足大口径光学—红外系统主镜的检测装调,引入了小孔径采样方法对于系统主镜的低阶误差进行分析,进而对系统的装调进行指导。随着光学-红外系统的口径加大,由于检测成本等原因,之前在装调时使用的与制造过程中相同的检测方法已经不再适用。本文首先对于小孔径扫描的基本原理做出了介绍,之后提出了实现本文方法的硬件结构,最后通过数值仿真来验证本文方法的正确性与可行性。对于大口径光学-红外系统主镜的装调检测有着较好的指导作用。     

大口径望远镜主镜支撑系统装调

针对1.2 m大口径望远镜主镜支撑系统,为保证主镜面形精度均方根要求,提出了一种有效的装调方法。该主镜支撑系统结合运动学原理,分别设计了Whiffletree轴向支撑和柔性切向杆侧向支撑结构,以保证其在较大温差范围内（-20~60℃）以及不同俯仰状态下（垂直-水平）始终具有较好的面形精度。机械加工误差及安装误差使柔性机构在组装过程中极易引入装配应力,明显地增大主镜表面变形。借助于有限元软件对装调过程中可能出现的误差进行仿真分析,根据结果制定装调流程,并对实际装调进行指导。完成主镜支撑系统装调后,采用补偿器和干涉仪对主镜的垂直检测及水平检测,检测出两种状态下主镜的实际面形误差分别为/42和/31（=632.8 nm）。     

陶瓷器件与锗窗口的金属高温封接技术

本文论述了陶瓷与锗的金属高温封接技术的原理和封接方法,并用该技术把TEA CO2激光器的陶瓷端口与锗镜封接在一起了.其封接面的漏气率优于10-12Torr·L/s,并能承受400℃的高温冲击,封接面的物理强度大于锗本身.     

大口径望远镜次镜系统的拓扑优化设计

针对地基大口径望远镜次镜系统加工精度和装调精度的要求，提出了基于拓扑优化的次镜系统结构设计方法。该方法利用变密度的拓扑优化思想，将次镜系统的Spider结构和Serrurier桁架的设计域限定为基结构，以期望方向的变形最小，通过材料的去留决定结构的最终形状和尺寸。首先，以相对密度为设计变量，Spider结构以1阶振型和重力方向变形为设计约束，桁架以X向和Y向变形为设计约束，建立各结构的拓扑优化模型；然后，以拓扑优化所得构型为基础，利用Workbench进行优化迭代；最后，设置优化参数，采用有限元法进行动静刚度分析和优化。结果显示4 m望远镜次镜系统的1阶谐振为22.7 Hz，光轴指向天顶和水平时重力方向偏移分别为-0.173 mm和-0.195 mm，并且Spider结构和Serrurier桁架的轻量化率超过30%。该结果验证了文中方法的有效性。     

气动激光窗口的光束传输特性

本文分析和实验研究了HAW型气动激光窗口所形成的小孔光阑效应和类透镜效应对光束传输的影响,阐明了在高功率气体激光器中使用气动激光窗口的优越性。