專利名稱：強(qiáng)激光器光束質(zhì)量原位檢測(cè)系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及強(qiáng)激光器光束質(zhì)量原位檢測(cè)系統(tǒng)，屬于激光測(cè)試技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
自激光器誕生50余年來(lái)，其必須要解決的關(guān)鍵技術(shù)是研制性能優(yōu)異的高能激光器使其產(chǎn)生高光束質(zhì)量的高能光束，提供對(duì)目標(biāo)破壞、供能或加工的能源，是高能激光器的基礎(chǔ)和核心；發(fā)展高精度跟蹤瞄準(zhǔn)系統(tǒng)用于使發(fā)射望遠(yuǎn)鏡始終跟蹤瞄準(zhǔn)飛行中的目標(biāo)，并使光斑鎖定在目標(biāo)的某一固定部位，即激光以最小光斑、最大功率密度、最大能量集中度匯聚在瞄準(zhǔn)點(diǎn)上，從而有效地摧毀或破壞目標(biāo)。因此，對(duì)于高能激光器的研制、生產(chǎn)和應(yīng)用而言，如何快速、精密、綜合評(píng)價(jià)激光器的光束質(zhì)量至關(guān)重要。激光光束質(zhì)量由光場(chǎng)振幅和相位共同決定，它是激光器系統(tǒng)的一項(xiàng)重要性能指標(biāo)。激光的作用效果即傳輸?shù)侥繕?biāo)上的功率密度，不僅取決于激光器輸出功率，而且與激光的光束質(zhì)量密切相關(guān)。傳統(tǒng)的激光器光束質(zhì)量檢測(cè)中，重要的參數(shù)之一是其束散角的測(cè)量。 目前綜合起來(lái)常用測(cè)量方法主要有燒蝕法、CCD法、五棱鏡法及M2因子法。除燒蝕法外其他幾種方法在確定束散角大小時(shí)，并不是直接測(cè)量束散角，而是首先測(cè)量激光光束的束寬， 然后根據(jù)束寬和發(fā)散角之間的關(guān)系推導(dǎo)出束散角的大小。所以，束散角的測(cè)量方法實(shí)質(zhì)上是激光光束的束寬的測(cè)量方法。但在測(cè)量高能激光器激光光束的束寬時(shí)，受探測(cè)器損傷閾值所限，傳統(tǒng)的測(cè)量方法有針孔裝置法；狹縫掃描法；空心探針法；套孔法等。這些方法都是以實(shí)現(xiàn)能量分解為目的，有效地實(shí)現(xiàn)能量衰減，滿足探測(cè)器不飽和的要求。其中，ISO認(rèn)可的針孔法使用時(shí)由于衍射引起較大的束寬測(cè)量誤差，所以很少用；狹縫法使用時(shí)狹縫寬度為被測(cè)束寬的1/10以下才不致引起較大測(cè)量誤差；空心探針法使用時(shí)，探針的制備相當(dāng)復(fù)雜，工程實(shí)用化水平不高；套孔法是非ISO認(rèn)可方法。這些方法最大的弊端是難以實(shí)現(xiàn)脈沖式激光器的實(shí)時(shí)測(cè)量，亦即無(wú)法完成在一個(gè)激光脈沖期間實(shí)現(xiàn)測(cè)量。隨著CCD器件性能的不斷提高，目前廣泛采用CCD光斑成像法實(shí)現(xiàn)對(duì)激光光束質(zhì)量的分析。該種方法使用時(shí)同樣要考慮探測(cè)器件的損傷閾值，因此對(duì)高能激光器測(cè)量時(shí)需要對(duì)激光光束進(jìn)行整體能量衰減，從而造成大部分高階分量被濾掉，帶來(lái)用Ι/e2能量確定束寬時(shí)的測(cè)量誤差。另外強(qiáng)激光器原位檢測(cè)問題也是一個(gè)難題，以往的檢測(cè)方法只能對(duì)激光器單個(gè)單元器件進(jìn)行，無(wú)法對(duì)已經(jīng)安裝光學(xué)系統(tǒng)進(jìn)行檢測(cè)，或是對(duì)已經(jīng)長(zhǎng)時(shí)間使用的激光器進(jìn)行復(fù)檢。原位檢測(cè)是指對(duì)被檢測(cè)對(duì)象在其原來(lái)的安裝、裝配位置或整體系統(tǒng)上，進(jìn)行的檢查與測(cè)試，具有快速、方便、有效的特性，是現(xiàn)代檢測(cè)技術(shù)的重要組成部分。依據(jù)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)度量局ISO在IS01146和 IS015637中推薦的光束質(zhì)量評(píng)價(jià)方法，本發(fā)明提出基于微透鏡陣列的強(qiáng)激光器光束質(zhì)量原位檢測(cè)系統(tǒng)，完成高能激光武器光束質(zhì)量的一次性快速、原位、綜合評(píng)價(jià)，解決高能激光器光束質(zhì)量測(cè)試的難題。

發(fā)明內(nèi)容
為實(shí)現(xiàn)高能激光器光束質(zhì)量的一次性快速、原位、綜合評(píng)價(jià)，本發(fā)明提出了強(qiáng)激光器光束質(zhì)量原位檢測(cè)系統(tǒng)。強(qiáng)激光器光束質(zhì)量原位檢測(cè)系統(tǒng)，如圖1所示，其特征在于，該系統(tǒng)由光學(xué)測(cè)量頭單元2，信息處理計(jì)算機(jī)3，主控電箱4，散射接收系統(tǒng)5和指示激光器6組成。其中光學(xué)測(cè)量頭單元2是由適配光學(xué)系統(tǒng)20，縮束系統(tǒng)21，電光衰減22，微透鏡陣列23，CXDM和精密二維調(diào)整平臺(tái)25構(gòu)成。所述的光學(xué)測(cè)量頭單元2是用來(lái)測(cè)量強(qiáng)激光器光束質(zhì)量的接收器件，適配光學(xué)系統(tǒng)20、縮束系統(tǒng)21、電光衰減22、微透鏡陣列23和CXDM均固定在精密二維調(diào)整平臺(tái)25上方，并依次同軸機(jī)械連接；被試品1發(fā)射的激光束首先入射到適配光學(xué)系統(tǒng)20，適配光學(xué)系統(tǒng)20調(diào)整光束大小后，入射到縮束系統(tǒng)21并由縮束系統(tǒng)21縮束后，入射到電光衰減22，電光衰減22接收主控電箱4發(fā)出的定比衰減驅(qū)動(dòng)信號(hào)，完成激光束能量的定比衰減；定比衰減后的光束入射到微透鏡陣列23，由微透鏡陣列23聚焦形成的陣列光斑入射(XDM，CXDM 接收主控電箱4發(fā)出的同步采集觸發(fā)信號(hào)，完成激光束的陣列光斑的同步采集；精密二維調(diào)整平臺(tái)25接收主控電箱4發(fā)出的對(duì)準(zhǔn)傾斜參數(shù)電驅(qū)動(dòng)信號(hào)，對(duì)精密二維調(diào)整平臺(tái)25的水平和垂直角度進(jìn)行調(diào)整，使激光束聚焦后的陣列光斑成像在CXDM的中心位置，完成光束在線精密對(duì)準(zhǔn)。所述的信息處理計(jì)算機(jī)3有兩個(gè)信號(hào)接口，一個(gè)信號(hào)接口與CXDM相連接，另外一個(gè)信號(hào)接口與主控電箱4相連接；信息處理計(jì)算機(jī)3中安裝有圖像采集卡，采集來(lái)自于 CXDM的陣列光斑；信息處理計(jì)算機(jī)3對(duì)陣列光斑進(jìn)行分析后，通過陣列光斑的平均斜率重構(gòu)出入射激光束的波前圖像，通過波前圖像的解算得到M2因子、束散角、斯特列爾比、衍射極限倍數(shù)、光斑近場(chǎng)和遠(yuǎn)場(chǎng)能量密度分布、光斑振幅和相位等光束質(zhì)量綜合參數(shù)，同時(shí)通過陣列光斑的平均斜率解算出精密二維調(diào)整平臺(tái)25的對(duì)準(zhǔn)傾斜參數(shù)并傳遞給主控電箱4 ；信息處理計(jì)算機(jī)3通過陣列光斑的灰度信息來(lái)計(jì)算入射激光束的衰減倍率并傳遞給主控電箱4。所述的主控電箱4有兩個(gè)輸入接口和三個(gè)輸出接口 ；主控電箱4的一個(gè)輸入接口接收信息處理計(jì)算機(jī)3發(fā)送的入射激光束的衰減倍率和精密二維調(diào)整平臺(tái)25的對(duì)準(zhǔn)傾斜參數(shù)；主控電箱4通過接收到的入射激光束的衰減倍率產(chǎn)生入射激光束的定比衰減驅(qū)動(dòng)信號(hào)，并將此信號(hào)通過第一個(gè)輸出接口傳送給電光衰減22 ；主控電箱4通過接收到的精密二維調(diào)整平臺(tái)25的對(duì)準(zhǔn)傾斜參數(shù)產(chǎn)生對(duì)準(zhǔn)傾斜參數(shù)電驅(qū)動(dòng)信號(hào)，并將此信號(hào)通過第二個(gè)輸出接口傳送給精密二維調(diào)整平臺(tái)25;主控電箱4的另一個(gè)無(wú)線輸入接口接收散射接收系統(tǒng) 5發(fā)送的超前預(yù)測(cè)同步信號(hào)；主控電箱4通過接收到的超前預(yù)測(cè)同步信號(hào)產(chǎn)生同步采集觸發(fā)信號(hào)，并將此信號(hào)通過第三個(gè)輸出接口傳送給CXDM。所述的散射接收系統(tǒng)5接收被試品1的激光后向散射激光脈沖信號(hào)，計(jì)算出超前預(yù)測(cè)同步信號(hào)，并將此信號(hào)傳遞給主控電箱4。所述的指示激光器6發(fā)出可見的綠色激光入射到(XDM，用于對(duì)被試品1入射到 CCD24的激光光束進(jìn)行粗對(duì)準(zhǔn)。有益效果本發(fā)明提出的強(qiáng)激光器光束質(zhì)量原位檢測(cè)系統(tǒng)能對(duì)天基、地基、機(jī)載、艦載、車載多平臺(tái)激光器系統(tǒng)的光束質(zhì)量進(jìn)行檢測(cè)，提高激光器系統(tǒng)的生成能力和抗干擾能力，為激光器系統(tǒng)發(fā)揮最優(yōu)效能提供有力支持。


圖1是強(qiáng)激光器光束質(zhì)量原位檢測(cè)系統(tǒng)構(gòu)成示意圖，此圖也是說(shuō)明書摘要附圖， 其中1為被試品，2為光學(xué)測(cè)量頭單元，3為信息處理計(jì)算機(jī)，4為主控電箱，5為散射接收系統(tǒng)，6為指示激光器，20為適配光學(xué)系統(tǒng)，21為縮束系統(tǒng)，22為電光衰減，23為微透鏡陣列，24為(XD，25為精密二維調(diào)整平臺(tái)。
具體實(shí)施例方式強(qiáng)激光器光束質(zhì)量原位檢測(cè)系統(tǒng)，如圖1所示，其特征在于，該系統(tǒng)由光學(xué)測(cè)量頭單元2，信息處理計(jì)算機(jī)3，主控電箱4，散射接收系統(tǒng)5和指示激光器6組成。其中光學(xué)測(cè)量頭單元2是由適配光學(xué)系統(tǒng)20，縮束系統(tǒng)21，電光衰減22，微透鏡陣列23，CXDM和精密二維調(diào)整平臺(tái)25構(gòu)成。所述的光學(xué)測(cè)量頭單元2是用來(lái)測(cè)量強(qiáng)激光器光束質(zhì)量的接收器件，適配光學(xué)系統(tǒng)20、縮束系統(tǒng)21、電光衰減22、微透鏡陣列23和CXDM均固定在精密二維調(diào)整平臺(tái)25上方，并依次同軸機(jī)械連接；被試品1發(fā)射的激光束首先入射到適配光學(xué)系統(tǒng)20，適配光學(xué)系統(tǒng)20調(diào)整光束大小后，入射到縮束系統(tǒng)21并由縮束系統(tǒng)21縮束后，入射到電光衰減22，電光衰減22接收主控電箱4發(fā)出的定比衰減驅(qū)動(dòng)信號(hào)，完成激光束能量的定比衰減；定比衰減后的光束入射到微透鏡陣列23，由微透鏡陣列23聚焦形成的陣列光斑入射(XDM，CXDM 接收主控電箱4發(fā)出的同步采集觸發(fā)信號(hào)，完成激光束的陣列光斑的同步采集；精密二維調(diào)整平臺(tái)25接收主控電箱4發(fā)出的對(duì)準(zhǔn)傾斜參數(shù)電驅(qū)動(dòng)信號(hào)，對(duì)精密二維調(diào)整平臺(tái)25的水平和垂直角度進(jìn)行調(diào)整，使激光束聚焦后的陣列光斑成像在CXDM的中心位置，完成光束在線精密對(duì)準(zhǔn)。所述的信息處理計(jì)算機(jī)3有兩個(gè)信號(hào)接口，一個(gè)信號(hào)接口與CXDM相連接，另外一個(gè)信號(hào)接口與主控電箱4相連接；信息處理計(jì)算機(jī)3中安裝有圖像采集卡，采集來(lái)自于 CXDM的陣列光斑；信息處理計(jì)算機(jī)3對(duì)陣列光斑進(jìn)行分析后，通過陣列光斑的平均斜率重構(gòu)出入射激光束的波前圖像，通過波前圖像的解算得到M2因子、束散角、斯特列爾比、衍射極限倍數(shù)、光斑近場(chǎng)和遠(yuǎn)場(chǎng)能量密度分布、光斑振幅和相位等光束質(zhì)量綜合參數(shù)，同時(shí)通過陣列光斑的平均斜率解算出精密二維調(diào)整平臺(tái)25的對(duì)準(zhǔn)傾斜參數(shù)并傳遞給主控電箱4 ；信息處理計(jì)算機(jī)3通過陣列光斑的灰度信息來(lái)計(jì)算入射激光束的衰減倍率并傳遞給主控電箱4。所述的主控電箱4有兩個(gè)輸入接口和三個(gè)輸出接口 ；主控電箱4的一個(gè)輸入接口接收信息處理計(jì)算機(jī)3發(fā)送的入射激光束的衰減倍率和精密二維調(diào)整平臺(tái)25的對(duì)準(zhǔn)傾斜參數(shù)；主控電箱4通過接收到的入射激光束的衰減倍率產(chǎn)生入射激光束的定比衰減驅(qū)動(dòng)信號(hào)，并將此信號(hào)通過第一個(gè)輸出接口傳送給電光衰減22 ；主控電箱4通過接收到的精密二維調(diào)整平臺(tái)25的對(duì)準(zhǔn)傾斜參數(shù)產(chǎn)生對(duì)準(zhǔn)傾斜參數(shù)電驅(qū)動(dòng)信號(hào)，并將此信號(hào)通過第二個(gè)輸出接口傳送給精密二維調(diào)整平臺(tái)25;主控電箱4的另一個(gè)無(wú)線輸入接口接收散射接收系統(tǒng) 5發(fā)送的超前預(yù)測(cè)同步信號(hào)；主控電箱4通過接收到的超前預(yù)測(cè)同步信號(hào)產(chǎn)生同步采集觸發(fā)信號(hào)，并將此信號(hào)通過第三個(gè)輸出接口傳送給CXDM。所述的散射接收系統(tǒng)5接收被試品1的激光后向散射激光脈沖信號(hào)，計(jì)算出超前預(yù)測(cè)同步信號(hào)，并將此信號(hào)傳遞給主控電箱4。
所述的指示激光器6發(fā)出可見的綠色激光入射到(XDM，用于對(duì)被試品1入射到 CCD24的激光光束進(jìn)行粗對(duì)準(zhǔn)。
權(quán)利要求
1.強(qiáng)激光器光束質(zhì)量原位檢測(cè)系統(tǒng)，其特征在于，該系統(tǒng)是由光學(xué)測(cè)量頭單元O)，信息處理計(jì)算機(jī)(3)，主控電箱0)，散射接收系統(tǒng)(5)和指示激光器(6)組成；其中光學(xué)測(cè)量頭單元( 是由適配光學(xué)系統(tǒng)(20)，縮束系統(tǒng)01)，電光衰減(22)，微透鏡陣列(23)， CCD(24)和精密二維調(diào)整平臺(tái)0 構(gòu)成；所述的光學(xué)測(cè)量頭單元( 是用來(lái)測(cè)量強(qiáng)激光器光束質(zhì)量的接收器件，適配光學(xué)系統(tǒng) (20)、縮束系統(tǒng)01)、電光衰減(22)、微透鏡陣列和CCW24)均固定在精密二維調(diào)整平臺(tái)0 上方，并依次同軸機(jī)械連接；被試品(1)發(fā)射的激光束首先入射到適配光學(xué)系統(tǒng) (20)，適配光學(xué)系統(tǒng)OO)調(diào)整光束大小后，入射到縮束系統(tǒng)并由縮束系統(tǒng)縮束后，入射到電光衰減02)，電光衰減02)接收主控電箱(4)發(fā)出的定比衰減驅(qū)動(dòng)信號(hào)，完成激光束能量的定比衰減；定比衰減后的光束入射到微透鏡陣列0；3)，由微透鏡陣列03)聚焦形成的陣列光斑入射CCD04)，CCD04)接收主控電箱(4)發(fā)出的同步采集觸發(fā)信號(hào)，完成激光束的陣列光斑的同步采集；精密二維調(diào)整平臺(tái)0 接收主控電箱(4)發(fā)出的對(duì)準(zhǔn)傾斜參數(shù)電驅(qū)動(dòng)信號(hào)，對(duì)精密二維調(diào)整平臺(tái)0 的水平和垂直角度進(jìn)行調(diào)整，使激光束聚焦后的陣列光斑成像在CCD04)的中心位置，完成光束在線精密對(duì)準(zhǔn)；所述的信息處理計(jì)算機(jī)C3)有兩個(gè)信號(hào)接口，一個(gè)信號(hào)接口與CCD 04)相連接，另外一個(gè)信號(hào)接口與主控電箱(4)相連接；信息處理計(jì)算機(jī)C3)中安裝有圖像采集卡，采集來(lái)自于 CCD(24)的陣列光斑；信息處理計(jì)算機(jī)(3)對(duì)陣列光斑進(jìn)行分析后，通過陣列光斑的平均斜率重構(gòu)出入射激光束的波前圖像，通過波前圖像的解算得到M2因子、束散角、斯特列爾比、 衍射極限倍數(shù)、光斑近場(chǎng)和遠(yuǎn)場(chǎng)能量密度分布、光斑振幅和相位等光束質(zhì)量綜合參數(shù)，同時(shí)通過陣列光斑的平均斜率解算出精密二維調(diào)整平臺(tái)0 的對(duì)準(zhǔn)傾斜參數(shù)并傳遞給主控電箱(4)；信息處理計(jì)算機(jī)C3)通過陣列光斑的灰度信息來(lái)計(jì)算入射激光束的衰減倍率并傳遞給主控電箱⑷；所述的主控電箱(4)有兩個(gè)輸入接口和三個(gè)輸出接口 ；主控電箱的一個(gè)輸入接口接收信息處理計(jì)算機(jī)C3)發(fā)送的入射激光束的衰減倍率和精密二維調(diào)整平臺(tái)0 的對(duì)準(zhǔn)傾斜參數(shù)；主控電箱(4)通過接收到的入射激光束的衰減倍率產(chǎn)生入射激光束的定比衰減驅(qū)動(dòng)信號(hào)，并將此信號(hào)通過第一個(gè)輸出接口傳送給電光衰減0 ；主控電箱(4)通過接收到的精密二維調(diào)整平臺(tái)0 的對(duì)準(zhǔn)傾斜參數(shù)產(chǎn)生對(duì)準(zhǔn)傾斜參數(shù)電驅(qū)動(dòng)信號(hào)，并將此信號(hào)通過第二個(gè)輸出接口傳送給精密二維調(diào)整平臺(tái)0 ；主控電箱(4)的另一個(gè)無(wú)線輸入接口接收散射接收系統(tǒng)( 發(fā)送的超前預(yù)測(cè)同步信號(hào)；主控電箱(4)通過接收到的超前預(yù)測(cè)同步信號(hào)產(chǎn)生同步采集觸發(fā)信號(hào)，并將此信號(hào)通過第三個(gè)輸出接口傳送給CXD 04)；所述的散射接收系統(tǒng)( 接收被試品(1)的激光后向散射激光脈沖信號(hào)，計(jì)算出超前預(yù)測(cè)同步信號(hào)，并將此信號(hào)傳遞給主控電箱；所述的指示激光器(6)發(fā)出可見的綠色激光入射到CCDM，用于對(duì)被試品(1)入射到 CCD(24)的激光光束進(jìn)行粗對(duì)準(zhǔn)。
全文摘要
本發(fā)明提出強(qiáng)激光器光束質(zhì)量原位檢測(cè)系統(tǒng)，屬于軍用激光測(cè)試技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明提出的強(qiáng)激光器光束質(zhì)量原位檢測(cè)系統(tǒng)由光學(xué)測(cè)量頭單元，信息處理計(jì)算機(jī)，主控電箱，散射接收系統(tǒng)和指示激光器組成。該系統(tǒng)能對(duì)天基、地基、機(jī)載、艦載、車載多平臺(tái)激光器系統(tǒng)的光束質(zhì)量進(jìn)行檢測(cè)，實(shí)現(xiàn)強(qiáng)激光器光束質(zhì)量的一次性快速、原位、綜合評(píng)價(jià)，提高激光器系統(tǒng)的生成能力和抗干擾能力，為激光器系統(tǒng)發(fā)揮最優(yōu)效能提供有力支持。
文檔編號(hào)G01J9/00GK102243098SQ201110080860
公開日2011年11月16日 申請(qǐng)日期2011年4月1日 優(yōu)先權(quán)日2011年4月1日
發(fā)明者劉樹昌, 劉鵬, 姜會(huì)林, 景文博, 段錦, 王彩霞, 王曉曼, 趙海麗, 鐘剛 申請(qǐng)人:長(zhǎng)春理工大學(xué)