近红外激光光斑功率密度时空分布探测器

光束质量是评价高能激光系统指标的重要参数,准确测量激光功率密度时空分布是获取激光光束质量、验证改进激光系统设计及实际应用的重要依据.介绍了一种采用光电探测器阵列实现近红外波段高能激光束功率密度时空分布的测量方法,可实现波长范围为0.9～1.7μm、功率密度为mW/cm2～kW/cm2量级的激光光斑参数测量,并具有探测光...     

固体激光远场瞬时光斑时空分布测量技术

基于漫透射CCD成像法原理,建立了固体激光瞬时光斑时空分布测量系统。开展了该测量方法的可行性验证实验,能够精确地获得激光远场光斑图像,并运用Matlab软件对测量数据进行处理,得到激光远场光斑半径、光束质量、质心位置、光轴抖动、光强分布以及平均功率密度等参数。实验结果表明:利用漫透射CCD成像法测量固体激光远场瞬时光斑时空分布是可行的,测试系统采集频率可达120 Hz。该方法具有高分辨率、高帧频、低成本、使用方便的突出优点,能同时实现激光强度分布和功率的测量,测量功率误差小于2%。     

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.     

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。     

基于逐点扫描的探测器阵列靶标定系统

为分析激光发射系统的性能,需要测量激光光斑的绝对功率密度时空分布,探测器阵列靶是有效手段之一。为实现定量分析,需要对探测器阵列靶进行标定。探测器阵列靶单元数多,标定难度大,设计有效的标定系统十分重要。设计了一种新的标定系统,该系统采用逐点扫描的方式,具有适用性广、成本低、精度高等特点。并以某项目为例对标定系统的测量不确定度进行了测试分析,结果表明:可见光波段的测量不确定度为2.99%,近红外波段的测量不确定度为3.62%,中红外波段的测量不确定度为6.17%.该标定系统是探测器阵列靶标定的有效手段,值得借鉴。     

漫反射成像法的激光参数测量系统设计

精确地测量激光在大气传输后的光斑参数,是研究激光大气传播效应和分析激光发射系统性能的关键技术手段。测量激光远场参数的方法主要包括阵列探测法和相机成像法,目前在激光大气传输效应的测量评估中大都采用阵列探测法。由于探测器阵列靶受物理空间和研发成本等因素的限制不能均匀且高分辨率紧密排布,将造成采样光斑的失真,难以精确地测量远场光斑参数。针对此问题,利用相机分辨率高的特点,设计了一套基于漫反射屏成像法的激光参数测量系统。该系统最小测量分辨力小于0.39 mm,质心位置平均偏差为0.05 mm,测量光斑到靶功率不确定度优于10%。该系统能有效地测量激光发射系统的跟瞄精度和到靶功率,为分析激光大气传输效应和分析激光发射系统性能提供有效手段。     

成像法中波红外激光远场功率测量系统

设计开发了一套基于成像法的中波红外激光远场功率测量系统,给出了成像法测量远场激光功率密度分布的基本原理。利用漫反射靶板将激光的功率分布信息采集至中波红外热像仪,并在靶板的特征位置上安装功率探测器,将光斑图像灰度信息与激光功率探头所测的实际功率值进行信息融合,得出灰度值与功率密度的映射关系,进而推测激光远场功率密度分布。此系统测量误差小,且系统简单、可靠,适于各种条件下的中波红外激光远场功率密度测量,可满足目前大功率红外激光干扰装备的测量需求。     

大功率激光光束聚焦光斑功率密度分布直接测量仪的研究

针对激光加工大功率激光功率密度分布测量的要求 ,采用空心探针扫描采样测量法 ,提出并建立了被测激光经探针小孔、探针内通道传输的数学物理模型 ,经计算 ,给出了包括探针微孔孔径、探针内通道尺寸、系统采样点数等系统参数 ,设计了新的测量系统 ,实现了对大功率激光光束、聚焦光斑功率密度分布的直接测量 ,测量结果与理论计算相吻合。测量仪能对CO2 激光和YAG激光进行直接测量 ,测量的功率大于 10kW ,功率密度大于 10 7W /cm2 ,测量激光光束的最大直径为 6 0mm ,激光聚焦光斑的直径小于 0 5mm。     

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。     

激光远场功率密度测试系统的设计

针对应用漫反射靶与CCD图像传感器测量激光远场功率密度时,只能获取功率密度相对分布的局限性,提出了一种采用CCD图像传感器与分布式激光探测器相结合测试激光功率密度绝对分布的方法, 对其工作原理、构成及关键技术等问题进行了分析和讨论.实验证明,该系统较为准确地实现了对激光远场功率密度的测量,具有普遍的实用价值.     

卫星激光测高仪在轨检校脉冲探测器的设计、测试及应用

针对我国高精度立体测绘卫星系统中激光测高仪的在轨场地检校的技术需求, 研制了激光脉冲探测器系统。 系统采用高速 PIN 探测单元及高速数据采集电路实现了 ns 级脉宽激光脉冲的定量化采集, 通过集成无线射频模块实 现脉冲探测器的数据远程传输。为保证脉冲探测器的野外应用性能, 系统进行了能量密度测试、能量响应一致性与 稳定性测试、探测器测量视场角测试等。试验结果表明脉冲探测器可以实现 1∼120 nJ·cm−2 的能量范围采集, 能量响 应的一致性优于 5%, 稳定性优于 1.5%, 并且可以实现 ±12◦ 角度范围内的激光脉冲的有效采集。最终探测器成功应用 到我国“高分七号”卫星激光测高仪的在轨检校中, 获得了探测器阵列的有效激光触发数据, 为激光测高仪的在轨检校 试验提供了有效的数据支撑。     

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.     

探测器阵列靶散射取样衰减单元设计

探测器阵列靶是测量激光强度时空分布的常用设备,为实现到靶激光参数高精度测量,取样衰减方式是其关键。针对探测器阵列靶散射取样衰减技术,基于双向透射分布函数对毛玻璃等材料透射散射光特性进行研究,推导出散射到探测器感光面激光强度衰减倍率的计算公式。设计了毛玻璃与工程漫射体组合的散射取样衰减单元,结合ABg散射模型,利用TracePro建立仿真模型。结果表明,设计的取样衰减结构可以承受功率密度2 000 W/cm2激光辐照20 s;散射出射角在±5.44°范围内,探测面取样不均匀性约为3.34%;衰减倍率仿真设计结果与实验测量误差约为0.805%。该种散射取样衰减方式具有抗激光损伤能力强、光斑匀化效果好、光强定量衰减及宽光谱响应等优点,具有很好的应用前景。     

面阵CCD激光束参量测量系统及其实验研究

采用面阵CCD探测器测量连续和脉冲激光器空间光束的技术，研制了一套高精度激光参量测量系统。测量了激光二极管连续抽运输出波长为1064nm的固体模式发生器产生的不同阶次厄米-高斯光束和脉宽10ns调Q灯抽运固体激光器的光束参量，分析对比了模式发生器输出光束的理论值和实验测量结果，证明了该系统测量精度优于5％，讨论了测量系统中各种因素对光束参量测量结果的影响。     

激光强度时空分布测量漫散射取样衰减技术研究

激光强度时空分布的测量对于诊断与评估激光系统的性能具有重要意义,减少激光入射角度影响、对大尺度激光束进行高分辨力、高占空比取样是准确测量激光强度分布的关键,结合漫散射光分布与入射光方向无关的原理,提出了激光强度时空分布测量漫散射取样衰减方法,设计了漫散射取样衰减单元,建立了光强计算模型,推导了光强计算公式并进行了验证,光强衰减倍数实验结果与理论值一致。介绍了漫散射取样衰减装置与光电管阵列或CCD成像系统的组合应用。该方法的优点:空间取样分辨力高,可达2 mm左右;使用角度宽,可达30而不需要响应修正;占空比高,可达40%以上;衰减倍数范围大,可以通过调节衰减结构参数实现任意需要的衰减倍数。漫散射取样衰减为阵列探测器对大尺寸激光束进行取样和衰减提供了一种新方法,提高了激光强度分布测量能力和测量精度。     

激光导引头四象限探测器测角精度的建模研究

四象限探测器对目标的测角精度直接影响激光制导武器的制导精度,因此研究四象限探测器测角精度十分重要。采用计算和仿真分析的方法,基于导引头入瞳处脉冲峰值功率密度服从均匀分布,噪声干扰电流服从高斯分布,建立了激光导引头光束偏转角误差模型;但由于噪声干扰使光束偏转角误差具有随机概率性,所以将光束偏转角误差的均值和标准差作为四象限探测器测角精度的衡量标准,分别建立了光束偏转角误差的均值和标准差与导引头光学系统参数、光斑半径、漫反射激光入射角、噪声干扰电流以及导引头入瞳处脉冲峰值功率密度之间的关系,并以导引头光束偏转角误差标准差为例,结合应用背景进行了仿真分析。     

高斯激光辐照焦平面探测器温度场分析与仿真

为了研究激光辐照焦平面探测器的温度效应,采用ANSYS有限元软件建立高斯脉冲激光辐照锑化铟红外焦平面探测器的3维结构分析模型,并对该探测器3维温度场效应进行了研究。结果表明,激光辐照下,探测器最大温度出现在最上层的锑化铟芯片上,探测器最大温度达到锑化铟芯片熔点温度798K时,将会引起探测器的热熔融损伤,且熔融损伤阈值受到脉宽、光斑半径等激光参量的影响;高斯脉冲激光辐照下,探测器中各层材料的温度场分布呈现出非连续的高温极值区域,其主要原因是位于锑化铟红外焦平面探测器中间层相间分布的铟柱和底充胶具有迥异的热学性质,并且造成探测器温度场云图中锑化铟芯片、底充胶与硅读出电路高温极值区域形成类似于互补的高温分布。这为进一步研究温升效应引起的应力场分布、提高探测器激光防护性能提供了重要的理论分析依据。