中国科学院长春光学精密机械与物理研究所, 吉林 长春 130033
军用光电仪器由于移动灵活的需要, 通常采用车载平台, 车载平台又会承载发射和接受光路, 因此会包含多个激光器和光学元件。这就造成以往固定平台的光路平行性检测方法需要进行一定的升级以适应车载平台的需要。为了实现光电干扰功能, 车载平台同时配备了对应谱段的多台激光器, 还有多谱段的成像系统以及测距装置, 对于发射光路和接收光路的平行性要求就更为复杂, 因此本文根据车载光电平台的特点, 提出了一整套的光路平行性检测方法。检测结果表明, 此套方法简单实用, 检测精度可达15 μrad以内。
车载平台 激光 平行性测量 光轴 vehicle-based platform laser measurement of parallelism optical axis 红外与激光工程
2016, 45(s1): S117002
Author Affiliations
Abstract
State Key Laboratory of Laser Interaction with Matter, Changchun Institute of Optics and Physics, Chinese Academy of Sciences, Changchun 130033, China
A Collins formula method with a scaling factor between the target and source plane is proposed for laser propagation in optical system design, which can be used to evaluate laser optical system performance and tolerance analysis. The laser propagation in optical systems can be calculated by the Collins integral formula, and an angular spectrum method is derived by coordinate substitution. It is introduced a scaling factor m, making the choice of the observation plane more flexible and the calculation more accurate. A laser optical system is designed, and its tolerance analysis is conducted by the angular spectrum method. The evaluation criterion is the laser spot radius in the far-field, which is defined by 86.5% power in bucket. The radius of the laser spot in 90 m distance is from 0.8 to 1.4 mm by the tolerance analysis, which the ideal expectation is 0.92 mm and the experimental result is 1.01 mm. In the distance of 47 m, the radius is from 0.42 to 0.73 mm by the tolerance analysis, which the ideal expectation is 0.48 mm and the experimental result is 0.46 mm. The experimental results agree with the results of the tolerance analysis well. The focal shift for laser propagation in optical systems is validated. The experimental results confirm the calculation and they prove the use of the method in laser focus optical system design.
Chinese Optics Letters
2015, 13(Suppl): S21408
1 海军驻长春地区航空军事代表室，吉林 长春 130033
2 中国科学院 长春光学精密机械与物理研究所激光与物质相互作用国家重点实验室，吉林 长春 130033
舰载激光**作为常规舰载**的有益补充，已经受到世界各国的普遍关注。本文介绍了舰载激光**的发展历程，系统阐述了舰载激光**系统的组成及功能，并分析了它们的主要技术特点及关键技术。最后，论述了舰载激光**的发展动向，指出自由电子激光器和光纤激光器是未来舰载激光**的发展重点，而低能、小体积重量的激光器也会逐步用于舰载激光**，未来舰载激光**会向小型化、高效率方向发展。
舰载激光** 低能激光器 高能激光器 自由电子激光器 shipborne laser weapon low power laser high power laser free electron laser
1 长春理工大学 光电工程学院, 吉林 长春 130022
2 中国科学院 长春光学精密机械与物理研究所, 吉林 长春 130033
设计了一种适于车载等运动环境下的快速控制反射镜, 用于在具有振动和冲击的工作环境下控制激光发射系统的激光光束稳定及其精确校准。根据某光学系统的性能指标要求, 阐述了用于高能激光的平面反射镜的物理性能以及控制反射镜负载应有的机械特性。采用大行程的音圈电机作为控制反射镜的驱动器, 并设计了精度高、抗干扰能力强的角位移测量装置作为控制反射镜的位置传感器。对所采用的4个音圈电机和4个角位移测量装置进行了合理布局, 既降低了系统的转动惯量又提高了系统的可靠性和环境适应性。实验结果表明: 该快速控制反射镜的定位精度优于1.4″, 满足高能激光发射系统对控制反射镜的精度要求。
光束控制 快速控制反射镜 激光发射系统 动载体 音圈电机 beam control Fast Steering Mirror (FSM) laser projecting system motion carrier voice coil actuator
1 海军驻上海地区航天系统军事代表室，上海 201109
2 中国科学院 长春光学精密机械与物理研究所 激光与物质相互作用国家重点实验室，吉林 长春 130033
针对大功率激光器的远场传输特性，提出了一种测量TEA CO2远场光束传输特性的新方法，该法采用相对测量和绝对测量相结合的方式来获得高能激光器的绝对空间光强分布。利用该方法测试了2 kW脉冲TEA CO2非稳腔激光器在500 m处的光强分布，并对测试结果进行了分析讨论。实验结果表明，此方法简单、易行，准确度较高，而且测量过程中考虑了大气湍流的影响，光斑强度相对分布上出现了平顶、破碎并出现旁瓣现象，实测大气透过率为815%，最大功率密度为159 W/cm2，光束的横向远场发散角达到064 mrad，基本与理论计算结果相吻合。本研究将为评估激光系统的应用效果及系统的优化设计提供重要的参考。
非稳腔激光器 光束传输特性 发散角 功率密度分布 unstable resonator laser beam transmittance characteristic divergence angle power density distribution
1 长春理工大学 光电工程学院, 吉林 长春 130022
2 中国科学院 长春光学精密机械与物理研究所, 吉林 长春 130033
为了使快速控制反射镜(FSM)能在车载、舰载等运动环境下稳定工作, 并具有很高的控制精度, 研制了一套高精度角位移测量装置, 该装置通过精确地提供反射镜摆角信息作为系统的反馈信号来实现伺服闭环控制。针对传统快速控制反射镜位置信息反馈传感器的精度低以及不适于动载环境等缺点, 采用田字裂相信号提取方法设计了基于莫尔条纹计数测量原理的精密光栅, 并通过计算机进行仿真分析设计了具有抗干扰能力和耐高低温变化的绝对零位信号, 其对比度达0.25。对信号处理电路进行高度集成, 实现了小型化。实验结果表明, 反射镜角位移测量装置测量的反射镜角分辨率为0.15″, 测角精度优于0.4″, 完全能满足机动式条件下, 高能激光发射系统对FSM控制精度的要求。
车载激光** 快速控制反射镜 光栅 光束控制 角位移测量 vehicle-borne laser weapon Fast Steering Mirror (FSM) grating beam control angle displacement measurement
中国科学院长春光学精密机械与物理研究所激光与物质相互作用国家重点实验室, 吉林 长春 130033
由于中波红外(3～5 μm)探测器在**上的广泛应用，基于中波红外激光器的定向红外发射装置已经成为发展的重点，而其中的激光束指向稳定性就成为非常重要的参数。对于一种光学参量振荡（OPO）产生的中波红外激光器进行了指向稳定性的测试，测试采用了中波红外成像系统及边缘提取与阈值的图像算法，获得了此种激光器的指向稳定性数据。实验结果表明，此激光器在常温下的最大指向偏移量为1.1 mrad，平均值为0.3 mrad。激光二极管（LD）抽运源晶体及非线性OPO晶体的温控还有进一步提高的可能性。研究结果将为中波红外激光器的研制、光束整形与光束指向测量与稳定技术提供参考。
激光技术 中波红外激光器 红外成像系统 图像处理 指向稳定性 激光与光电子学进展
2012, 49(8): 081404
中国科学院 长春光学精密机械与物理研究所， 长春 130033
对透射式和反射式扩束系统应用于高功率激光扩束的优缺点进行了对比研究。采用次镜为凸抛物面，主镜为凹抛物面的无焦卡塞格林系统，运用ZEMAX光学设计软件，按激光扩束系统的扩束倍率和系统的波像差要求，设计出多波段高功率激光扩束系统。对用于高功率激光反射镜的基底材料进行分析，选用无氧铜作为基底材料；采用金增强的膜系设计，膜系从近红外到远红外宽光谱波段激光的反射率均在98%以上。面形精度均方根值优于λ/40(λ=0.632 8 μm)的平面镜作为基准镜，采用光学干涉方法对设计的激光扩束系统进行检测实验，结果表明：该扩束系统的扩束倍率为3.53，波像差为0.206λ，满足多波段高功率激光光束发射要求。
多波段 扩束系统 基底材料 无氧铜 膜系 综合热性能比值 multi-band expand system base material copper coating synthesis performance ratio
中国科学院 长春光学精密机械与物理研究所, 激光与物质相互作用国家重点实验室, 长春 130033
为研究880 nm高功率半导体连续激光器对光学元件的损伤特性, 选择了K9玻璃、ZnSe晶体和无氧铜进行镀膜加工, 形成高反射率和高透过率的光学元件。通过调节到达光学元件表面的平均功率和改变光斑大小来改变光学元件表面的功率密度, 并连续照射30 s, 最终通过显微镜来观察元件的激光损伤形貌。研究结果表明：镀高反膜的K9玻璃在功率密度达到600 W/cm2时, 膜系表面出现烧熔现象, 当达到1 000 W/cm2时出现炸裂现象, 而无氧铜基底镀金反射镜在上述功率密度下未发现损伤；而镀增透膜的ZnSe晶体在激光功率密度高达1 000 W/cm2时, 通过显微镜观察没有发现明显的损伤, 热像仪显示基底温升为5 ℃。
半导体激光器 高功率 激光损伤 功率密度 semiconductor laser high power laser-induced damage power density
中国科学院 长春光学精密机械与物理研究所 激光与物质相互作用国家重点实验室，吉林 长春 130033
研究了对虚共焦非稳腔结构的脉冲TEA CO2激光器远场光束质量进行评价的方法。首先将稳腔TEA CO2激光器加工改造成非稳腔结构；然后从实际设计加工的数据出发，用3种常用形式对其远场光束质量进行理论评价与分析，并与设计的2 kW非稳腔激光器的实测远场光强分布实验结果进行了对比。理论和实验结果表明,非稳腔能够获得接近衍射极限的高质量单模光束，β因子是稳腔的4倍多；在同等功率水平下，采用非稳腔的激光器的远场功率密度是稳腔的19倍；非稳腔较小的遮拦比能获得远场较高桶中功率。实验表明，要全面地预测和评价所设计非稳腔激光器的光束质量，需要根据实际，综合地运用3种形式的理论评价体系。
脉冲TEA CO2激光 非稳腔 远场光束质量 pulsed TEA CO2 laser unstable resonator far field optical quality
