强激光与粒子束
2022, 34(1): 011008
1 中国工程物理研究院 应用电子学研究所, 绵阳 621900
2 中国军事科学院 国防科技创新研究院, 北京 100071
3 复旦大学 化学系, 上海 200438
美国运输机机载高能激光(AHEL)系统是下一代**, 能够在复杂环境中实施精确地隐秘打击。第1套实战化的机载激光**, 将在2022年进行演示试验。首先介绍了AHEL系统的应用需求、研制计划, 并分析了系统结构和面临的技术挑战。其次梳理了AHEL系统的研制进展, 并由系统参量评估了AHEL系统的作战性能。综合分析可知, AHEL系统采用最佳组件, 通过快速原型方法, 实现了激光**系统在AC-130J飞机上的集成, 并借鉴了以往机载激光计划的经验教训, 降低研制风险。最后分析了其下一步的技术发展方向。
激光技术 机载高能激光系统 快速原型 激光** 高能激光 特种作战司令部 laser technique airborne high energy laser system rapid prototyping laser weapon high energy laser Special Operations Command
1 国防科技大学智能科学学院, 湖南 长沙 410073
2 国防科技大学装备综合保障技术重点实验室, 湖南 长沙 410073
3 长沙学院机电工程学院, 湖南 长沙 410022
4 空军工程大学航空机务士官学校, 河南 信阳 464000
单晶硅反射镜是高能激光系统中的重要元件,其加工质量直接影响着高能激光系统的整体性能指标。针对单晶硅反射镜加工过程中产生的各类缺陷问题,本研究团队提出了采用超精密切削、浸没式抛光、磁流变抛光、离子束抛光等超精密加工方法来提升单晶硅元件的加工质量,并开展了相关研究。本文主要综述了本团队近几年在单晶硅制造技术领域取得的研究进展,包括单晶硅纳米精度表面控形制造技术、单晶硅纳米精度本征表面控性生成方法、纳米精度控形控性组合工艺等一系列关键技术。通过探讨高能激光单晶硅元件制造的现状与关键技术,为实现单晶硅元件纳米精度控形控性制造提供技术支撑。
光学制造 高能激光系统 单晶硅元件 浸没式光顺抛光 离子束抛光
1 安徽大学物质科学与信息技术研究院, 安徽 合肥 230601
2 中国科学院合肥物质科学研究院医学物理与技术中心, 安徽 合肥 230031
激光器问世不久后, 科研人员就开始利用相干合成技术实现激光系统的高能输出。 被动相干合成技术具有结构简单、可扩展和能够利用系统的自组织特性实现单元激光器之间的相位锁定等特点, 所以在 高能激光领域备受关注。介绍了几种典型的被动相干合成技术 (基于全光纤结构、多芯光纤结构、自成像外腔结构和环形腔结构) 以及相关的研究进展。在相干合成技术中, 合成效率和亮度是评价合成效果的两个重要参数。
激光技术 高能激光系统 被动相干合成 激光器 自组织 laser techniques high energy laser system passive coherent combination lasers self-organization
1 北京理工大学 光电学院, 北京 100081
2 西南技术物理研究所, 四川 成都 610041
高能激光系统的主要工作方式是利用其精跟踪模块将发射激光传输聚焦至闭环跟踪条件下的目标上, 使之受到毁伤或失效。为实现该工作方式, 本文研究设计了一套共孔径光学收发装置。该装置的发射系统主要由离轴两反式主望远镜模块、伽利略透射式调焦望远镜模块和光束馈送模块共同组成二级扩束系统, 接收系统主要由离轴两反式主望远镜模块、精跟踪成像模块和光束馈送模块共同组成长焦距光学系统, 其中光束馈送模块由二向色镜、快速反射镜等光学元件组成。以非相干空间合束的基模高斯光作为激光光源, 利用光学设计软件对该装置进行了优化设计。对于发射系统, 获得了激光经过调焦望远镜模块不同的调焦量调制后, 传输至0.5~5 km处的光斑分布情况, 且激光波前像差RMS值均优于λ/20; 对于接收系统, 由各模块一同构成的成像光学系统的性能经优化后接近衍射极限, 其中系统传递函数在70 lp/mm时大于0.6, 最后通过样机实验也验证了设计的正确性。本文的设计和实验结果证实了该共孔径光学收发装置结构合理, 性能可靠, 满足高能激光系统的工程应用需求。
高能激光系统 共孔径光学 二级扩束 激光聚焦 目标成像 high energy laser system common aperture optics two-stage beam expander laser focusing target imaging
国防科学技术大学 光电科学与工程学院, 湖南 长沙 410073
依托闭腔式氟化氘中红外高能激光器, 测量了元件表面污染物在连续波高能激光(3.16 kW/cm2)辐照下的温度, 测量发现污染物在1s内达到了热平衡, 温度维持在1 720 K; 建立了描述强光辐照下污染物热平衡过程的物理模型, 分析了污染物导致强光元件热损伤的物理机制; 研究发现污染物的尺度对强光元件的热损伤具有重要影响.对于中红外高反射强光光学元件, 若污染物的尺度小于20 μm一般不会造成强光元件的损伤, 若污染物的尺度大于200 μm一般会导致强光元件的损伤.研究结果对于提高强光元件的抗损伤性能, 保障中红外高能激光系统稳定运行具有重要意义.
中红外高能激光系统 热损伤 临界尺度 闭腔式激光器 mid-infrared high energy laser system thermal damage critical size closed-cavity laser
国防科学技术大学光电科学与工程学院,湖南 长沙 410073
基于相干合成的新型高能激光体系结构是高能激光技术发展的重要方向。报道利用主动相位控制和自组织相干实现多路光纤放大器以及光纤板条混合放大链路相干合成的最新实验结果。
高能激光系统 相干合成 主动相位控制 自组织
1 中国科学院 长春光学精密机械与物理研究所,吉林 长春 130033
2 中国科学院 研究生院,北京,100039
为了进一步精确控制激光发射方向,减少反射镜热畸变以提高光束质量,设计了一种新型二维快速控制水冷反射镜装置。根据高功率激光反射镜的设计和制作原则,对反射镜的材料性能进行了分析,采用主动水冷铜镜来减小镜面热畸变使镜面变形控制在0.1 μm以内。然后,分别从机械结构、驱动器和控制系统、角度检测元件3方面设计了反射镜装置,其x-y轴框架式的机械结构形式,可减小反射镜的冷却水管对轴系回转精度的影响,使回转精度＜2″。实验测试结果表明,二维快速控制水冷反射镜装置工作稳定、可靠,控制光束稳定的精度＜1″,可满足对激光传输方向的精确实时控制和对光束整体倾斜方向进行校正等要求。
高能激光系统 快速控制反射镜 水冷 音圈电机 high energy laser system fast steering mirror water cooling voice coil motor
国防科技大学光电科学与工程学院, 湖南 长沙 410073
建立了中继镜系统模型, 并进行了一定的近似, 在某地区特定大气条件下,利用激光大气传输四维程序及相关程序模块,分别计算了固体激光中继镜系统和常规地基高能激光系统对1 km高度,1 km/s飞行速度目标的作用效果。根据中继镜系统对目标可作用时间长的特点, 选取常规激光系统和中继镜系统的破坏阈值分别为3 cm桶中功率28.27 kW和5.655 kW, 分析得出常规高能激光系统可作用目标的最大水平距离为4.6 km, 中继镜系统可作用目标的最大水平距离为11.3 km。与常规高能激光系统相比, 中继镜系统降低了大气对激光的影响, 拓宽了激光系统的作用范围。
高能激光技术 中继镜系统 高能激光系统 数值模拟
国防科技大学光电科学与工程学院, 湖南 长沙 410073
分析了激光中继镜技术的概念及工作过程,建立了中继镜系统模型,并在Hufnagel-Valley 5/7 大气湍流模型条件下分别计算了100 kW功率,10 km高度,发射、接收、二次发射望远镜均为外径0.5 m、内径0.2 m望远镜的固体激光中继镜系统和100 kW功率,外径0.5 m、内径0.2 m发射望远镜的常规高能激光系统对1 km高度目标作用的极值功率密度与目标水平距离的关系曲线。由于中继镜系统对目标可作用时间长,根据相关资料确定常规激光系统和中继镜系统的极值功率密度破坏阈值标准分别为4000 W/cm2和800 W/cm2。分析结果得到常规高能激光系统对目标的最大可作用距离为1.38 km,中继镜系统的最大可作用距离为12.2 km。
激光技术 高能激光技术 中继镜系统 高能激光系统 数值模拟
