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专利名称：激光目标模拟器的制作方法
技术领域：
本发明属于模拟光源测量技术领域，尤其涉及到远距离不可见的红外线光源的模拟目标的检测。
背景技术：
激光目标模拟器是用来调试导弹激光引导头准确描准跟踪目标的专用测试设备，对提高导弹命中目标的准确率起到关键作用。目前，采取黑体辐射和机械挡光板旋转斩波方法提供目标模拟光源。其能量只能实现几个值，其能量稳定性很差，光波波长光谱范围大，脉冲频率不准，脉冲宽度很大，不能满足调试导弹激光引导头准确描准跟踪目标的要求。

发明内容
本发明的目的是为克服已有技术的不足之处，提出一种激光目标模拟器，具有单一光波波长，脉冲频率可调，频率稳定性很高，脉冲宽度窄，输出脉冲光波的脉冲能量范围大，可实现连续调节的特点，完全满足调试导弹激光引导头对跟踪目标的要求。
本发明提出的一种激光目标模拟器，其特征在于，由泵浦源、脉冲激光光源、输出能量分级调节部件、分光部件、空间滤波扩束准直部件及检测显示部件组成；其中脉冲激光光源部件用于产生单一光波波长，频率可调的脉冲激光，输出能量分级调节部件用于对输出的激光进行能量分级，分光部件将能量分级后的能量分成两部分，空间滤波扩束准直部件对分光部件分出的一部分分级能量进行滤波扩束得到准直光束，检测显示部件对分光部件分出的另一部分分级能量进行检测并显示。
本发明的特点及效果本发明特点是对已有的脉冲激光技术的具体应用并将其它技术组合成具有满足调试导弹激光引导头对跟踪目标的要求的仪器。包含在特大能量密度变化范围内(80000倍)实现连续可调，采用空间滤波和折反式光路的技术和结构，仅仅在600毫米长的结构内实现Φ150mm大口径的平行光束输出，同时在Φ150mm大口径的平行光束的横截面上的脉冲激光能量密度分布均匀，并能实现实时显示输出脉冲激光能量大小。且设备操作简单方便，精度高，功能全，稳定可靠。


图1为本发明的目标模拟器的总体框图；图2为本发明中的脉冲激光谐振腔实施例组成示意图；图3为本发明中的脉冲激光器输出脉冲激光波形图；图4为本发明的输出能量分段调节部件实施例结构示意图；图5为本发明的空间滤波扩束准直部件实施例结构示意图。
具体实施例方式
本发明提出的激光目标模拟器结合实施例及附图详细说明如下
本发明的激光目标模拟器由泵浦源、脉冲激光光源、输出能量分级调节部件、分光部件、空间滤波扩束准直部件及检测显示部件组成，如图1所示，其中脉冲激光光源部件用于产生单一光波波长，频率可调的脉冲激光，输出能量分级调节部件用于对输出的激光进行能量分级，分光部件将分级后的能量分成两部分，空间滤波扩束准直部件对一部分分级能量进行滤波扩束得到准直光束，检测显示部件对另一部分分级能量进行检测并显示。
各部件的具体实施例分别详细说明。
1.泵浦源它是产生808nm波长的半导体激光器，功率为大于2W，光纤藕合输出。采用成熟产品。
2.脉冲激光光源，由激光谐振腔、声光调Q部件和温控激光电源组成的固体脉冲激光器，结构尺寸为100mm×60mm×80mm，实现了小型化，如图2所示。
其中，激光谐振腔是由与泵浦源的输出光纤相连的光纤藕合透镜组21，Nd:YAG晶体棒22和输出藕合镜23组成。谐振腔的参数光纤芯直径为400μm，NA＝0.22；光纤藕合透镜组Φ6mm平凸透镜两个，f9.8mm；YAG晶体棒Φ3×6mm；输出藕合镜T＝19.6％，R＝0.4m，腔长为45-50mm。
本实施例的声光调Q部件是由插入激光谐振腔的声光晶体24，与声光晶体相连的声光驱动源(图中示未出)组成。声光驱动源是产生1Hz，10Hz，20Hz稳定脉冲的驱动源。该驱动源具有内外触发控制功能。该声光调Q部件可采用成熟产品。本实施例的声光调制部件的工作波长1.064μm，工作频率70MHz；衍射损耗＞40％；电功率1.5W；光学透过率＞99％；电脉冲上升，下降时间＜15ns；调制脉宽2μs-13μs.。
本发明也可采用电光调制，其调制频率可采用内调制和外接触发调制两种形式。
温控激光电源(图中示未出)是为产生808nm波长的半导体激光器提供稳定的连续可调的直流电流源，以及自动控制808nm波长的半导体激光器的温度，控制精度为小于0.03度。保证808nm波长的激光稳定。温控激光电源可选用成熟产品。
本实施例的脉冲激光光源的工作原理808nm波长的半导体激光器通过光纤及藕合透镜，将808nm的激光聚焦在Nd:YAG晶体棒的端面，使Nd:YAG晶体棒作为放大工作物质在高能量的激光激励下产生新的1064nm波长光子，并在谐振腔内反复振荡积累，当积累能量大于谐振腔内的损耗时，，获得1064nm波长连续输出的激光。在激光器谐振腔中插入声光晶体，在声光驱动系统和调制脉冲频率控制系统作用下(脉冲频率具有外触发控制功能)，得到1Hz，10Hz，20Hz可调脉冲激光输出；脉宽为15--20ns，波长1064nm±2nm的激光，本实施例的频率小于1KHz，脉冲激光波长为1.064μm，脉宽小于25ns；如图3所示。
3.输出能量分级调节部件本发明的输出能量分级调节部件由共轴设置的第一、第二衰减片组和连续可变衰减器构成，如图4所示；第一衰减片组31为将输出的脉冲激光光束能量衰减成设定值的固定衰减片组，第二衰减片组32为将经过第一衰减片组后的光束的能量进行衰减调节，输出多级能量的可变衰减片组，连续可变衰减器33为进一步将可变衰减片组输出的能量进行连续衰减的衰减器。
第一衰减片组采用多个具有固定衰减率的衰减片叠合组成，本实施例采用2个衰减片叠合组成，其衰减率为0.2；第二衰减片组由两个转盘组成，每个转盘上嵌有多个具有固定衰减率的衰减片，通过转动两个转盘，使两个转盘上的不同衰减片组合形成不同级别的衰减率；本实施例的第一转盘采用5个衰减片，其衰减率K1分别为1、0.219、0.084、0.023、0.0057；第二转盘采用2个衰减片，其衰减率K2分别为1和0.0142；本实施例的连续可变衰减器采用具有一转轴的连续可变衰减圆盘，其衰减率K3可通过转动不同角度达到，实现连续调节输出光束能量。
表1为第二衰减片组的两个转盘组合能量段数据；表1

表2为可变衰减器的不同角度对应第二衰减片组的两个转盘不同组合的输出脉冲激光能量密度值表2


具体说明如下输出能量分级调节部件要求目标模拟器输出的脉冲激光光束能量密度在1.0fJ/cm2--80000fJ/cm2之间可调(要求分成十点或更多点)。因此检测能量范围很大，从最高到最低相差80000倍，用一种方法很难实现。本实施例采用衰减片组合和可变连续衰减器组合达到了要求。用两组固定衰减片不同的组合得到不同的能量密度段，在每个能量密度段内用连续可变衰减器，实现在这个能量段内能量密度的连续可调来实现任意多点选择测量点的要求，更具有实用性。
4.本实施例的分光部件采用常规的分光镜，透过率为0.03。
5.空间滤波扩束准直部件本实施例的空间滤波扩束准直部件采用准直物镜是焦距为1500mm的双分离物镜41(也可采用消像差非球面物镜)，该物镜对1064nm的光校正轴上像差，物镜的F/D数为大于10，脉冲激光光斑为Φ1mm，这样有效输出口径达到Φ150mm。在扩束准直部件中，采用空间滤波器42，消除高频，改善光斑质量。系统像差要保证≤1′的准直精度及在光束横截面上能量分布均匀性＜10％的要求。为了控制长度在0.6米以内，在空间滤波器42和双分离物镜41之间采用3个反射镜43、44、45将光路折叠构成折反式结构，如图5所示。
5、测显示部件本实施例采用高精度能量计(为已有产品EPM1000包括光探头和能量计)，进行实时检测系统输出脉冲激光能量大小。由于在本发明中放入一分光镜，使脉冲激光分成两部分，大部分透射进入准直部件形成Φ150mm的平行光，小部分反射脉冲激光进入能量计的光探头被能量计检测，根据分光镜的分光比，就能计算出输出的平行光的能量大小，达到实时检测脉冲激光能量大小目的。
权利要求
1.一种激光目标模拟器，其特征在于，由泵浦源、脉冲激光光源、输出能量分级调节部件、分光部件、空间滤波扩束准直部件及检测显示部件组成；其中脉冲激光光源部件用于产生单一光波波长，频率可调的脉冲激光，输出能量分级调节部件用于对输出的激光进行能量分级，分光部件将能量分级后的能量分成两部分，空间滤波扩束准直部件对分光部件分出的一部分分级能量进行滤波扩束得到准直光束，检测显示部件对分光部件分出的另一部分分级能量进行检测并显示。
2.如权利要求1所述的激光目标模拟器，其特征在于，所说的脉冲激光器是采用NdYAG晶体棒为放大工作物质，光脉冲频率采用声光调制器获得。
3.如权利要求1所述的激光目标模拟器，其特征在于，所说的输出能量分级调节部件由共轴设置的第一、第二衰减片组和连续可变衰减器构成；第一衰减片组为将输出的脉冲激光光束能量衰减成设定值的固定衰减片组，第二衰减片组为将经过第一衰减片组后的光束的能量进行衰减调节，输出多级能量的可变衰减片组，连续可变衰减器为进一步将第二衰减片组输出的能量进行连续衰减的衰减器。
4.如权利要求3所述的激光目标模拟器，其特征在于，所说的第一衰减片组由多个具有固定衰减率的衰减片叠合组成；第二衰减片组由两个转盘组成，每个转盘上嵌有多个具有固定衰减率的衰减片，通过转动两个转盘，使两个转盘上的不同衰减片组合形成不同级别的衰减率；连续可变衰减器采用具有一转轴的连续可变衰减圆盘，通过转动不同角度达到连续调节输出光束能量。
5.如权利要求1所述的激光目标模拟器，其特征在于，所说的空间滤波扩束准直部件由准直物镜、空间滤波器和连接准直物镜和空间滤波器的由多个反射镜组成的反折光路。
6.如权利要求5所述的激光目标模拟器，其特征在于，所说的准直物镜采用焦距为1500mm的双分离物镜，效输出口径为Φ150mm；所说折反光路采用3个反射镜构成。
7.如权利要求1所述的激光目标模拟器，其特征在于，所说的检测显示采用能量计和光探头对输出脉冲激光能量进行时时监测。
全文摘要
本发明属于模拟光源测量技术领域，涉及激光目标模拟器，由泵浦源、脉冲激光光源、输出能量分级调节部件、分光部件、空间滤波扩束准直部件及检测显示部件组成；其中脉冲激光光源部件用于产生单一光波波长，频率可调的脉冲激光，输出能量分级调节部件用于对输出的激光进行能量分级，分光部件将能量分级后的能量分成两部分，空间滤波扩束准直部件对一部分分级能量进行滤波扩束得到准直光束，检测显示部件对另一部分分级能量进行检测并显示。本发明的脉冲激光能量可以从80000fJ/cm
文档编号G01J1/00GK1554932SQ20031012248
公开日2004年12月15日 申请日期2003年12月26日 优先权日2003年12月26日
发明者尤政, 刘兴占, 尤 政 申请人:清华大学