一种模拟远场到靶激光参数的装置与方法与流程

1.本技术涉及激光毁伤效应测试技术领域，特别涉及一种模拟远场到靶激光参数的装置与方法。


背景技术：

2.目前，随着激光技术的发展，激光毁伤技术作为激光装备论证及样机研制的核心关键技术受到越来越多的关注。激光束经远距离传输后到达目标特定部位表面的光斑受到光电跟踪系统快反镜高频运动和大气湍流的影响，目标表面光斑是高频抖动的状态，导致光斑分布弥散，光斑尺寸变大，功率密度降低。同时靶标和激光源之间存在相对运动关系，导致目标表面功率密度、光斑尺寸、入射角呈现一个动态变化的过程。
3.前期，国内外学者针对激光毁伤效应测试技术研究，主要集中在光斑尺寸、功率密度或入射角固定的情况下，未模拟外场远距离传输后弥散光斑形貌、光斑动态变化和抖动状态。目前，外场远距离传输环境下靶标光斑参数模拟条件下的激光毁伤效应测试技术研究尚属空白。


技术实现要素：

4.本技术实施例提供一种模拟远场到靶激光参数的装置与方法，以解决目前外场远距离传输环境下靶标光斑参数模拟条件下的激光毁伤效应测试技术研究尚属空白的问题。
5.第一方面，提供了一种模拟远场到靶激光参数的装置，包括：
6.激光发射系统；
7.光斑调节系统，其用于调节所述激光发射系统发射的激光束的光斑形态和光束尺寸以及用于控制激光束抖动；
8.入射角调节系统，其用于驱使所述光斑调节系统绕激光辐照点作旋转运动，以调节所述光斑调节系统输出激光束到达靶目标打击点的入射角度。
9.一些实施例中，所述光斑调节系统包括与所述激光发射系统依次线性排列的光束整形装置、光束尺寸调节装置和光束抖动控制装置；
10.所述光束整形装置用于对接收的所述激光束进行整形；
11.所述光束尺寸调节装置用于对整形后的激光束进行扩束；
12.所述光束抖动控制装置用于控制扩束后的激光束的抖动频率。
13.一些实施例中，所述光束抖动控制装置包括：
14.反射镜，其用于反射光束尺寸调节装置扩束后的激光束；
15.快反镜，其用于接收所述反射镜反射的激光束，并以设定频率使激光束抖动后输出。
16.一些实施例中，所述入射角调节系统包括：
17.平行多连杆机构，其包括主动杆和从动杆，以及连接在所述主动杆和从动杆之间的若干连接杆，所述从动杆上固定有所述光斑调节系统；
18.驱动机构，其用于驱动所述主动杆运动，以使从动杆绕激光辐照点作旋转运动。
19.一些实施例中，所述平行多连杆机构还包括有固定杆，所述主动杆与所述固定杆铰接，所述驱动机构驱动所述主动杆绕其与所述固定杆的连接点转动。
20.一些实施例中，所述光斑调节系统输出激光束与所述从动杆平行。
21.一些实施例中，所述激光发生系统包括用于输出激光束的准直头。
22.一些实施例中，所述驱动机构包括用于控制所述主动杆转动速度的控制电脑。
23.第二方面，本技术实施例还提供了一种模拟远场到靶激光参数的方法，包括如下步骤：
24.激光发射系统发射激光束，激光器控制软件进行输出激光功率的动态控制；
25.光束整形装置对激光束进行整形，模拟远场光斑形貌；
26.光束尺寸调节装置对整形后的激光束进行扩束；
27.光束抖动控制装置使扩束后的激光束抖动后输出；
28.入射角调节系统调节抖动的激光束到达靶目标打击点的入射角度。
29.一些实施例中，入射角调节系统使抖动的激光束绕激光辐照点作旋转运动，以调节激光束到达靶目标打击点的入射角度。
30.本技术提供的技术方案带来的有益效果包括：
31.本技术实施例提供了一种模拟远场到靶激光参数的装置和方法，由于设置了光斑调节系统调节激光束的光斑形态和光束尺寸以及控制激光束抖动，还设置有入射角调节系统调节光斑调节系统输出激光束到达靶目标打击点的入射角度，即保持激光辐照点不变的同时使激光入射角发生变化，因此，可对外场远距离传输靶面光斑尺寸、光斑形貌、激光入射角和抖动状态等到靶激光参数进行模拟，实现外场靶标辐照过程模拟，采集近真实环境下激光毁伤数据，获得毁伤关键数据，可为激光装备指标论证与系统研制提供重要支撑。
附图说明
32.为了更清楚地说明本技术实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
33.图1为本技术实施例提供的模拟远场到靶激光参数的装置的结构示意图；
34.图2为本技术实施例提供的模拟远场到靶激光参数的装置中光斑调节系统的俯视图；
35.图3为本技术实施例提供的模拟远场到靶激光参数的装置配合风洞设备进行的外场环境下激光毁伤效应测试的结构示意图。
36.图中：1、激光器；2、准直头；3、光束整形装置；4、光束尺寸调节装置；5、反射镜； 6、快反镜；7、主动杆；8、固定杆；9、从动杆；10、长连接杆；11、短连接杆；12、安装板；13、驱动块；14、伺服电机；15、控制电脑；16、电动丝杆；17、安装轴；18、风洞；19、靶目标模型；20、导光窗口；21、光电探测模块；22、接触式温度测试设备；23、非接触温度测试设备；24、摄像机。
具体实施方式
37.为使本技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本技术的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。
38.本技术实施例提供了一种模拟远场到靶激光参数的装置，其能解决目前外场远距离传输环境下靶标光斑参数模拟条件下的激光毁伤效应测试技术研究尚属空白的问题。
39.参照图1-3所示，本实施例提供的模拟远场到靶激光参数的装置包括激光发射系统、光斑调节系统和入射角调节系统。
40.激光发射系统包括激光器1和准直头2，激光器1产生激光通过准直头2输出，在本实施例中，光束直径为8mm，波长1080nm，当然，其他实施例中也可根据实际试验需求设为其他数值。
41.光斑调节系统包括与激光发射系统依次线性排列的光束整形装置3、光束尺寸调节装置4和光束抖动控制装置，准直头2设于激光器1和光束整形装置3之间，则激光束依次经过光束整形装置3、光束尺寸调节装置4和光束抖动控制装置。
42.光束整形装置3用于对激光束进行整形，改变激光束光斑形态以模拟远场到靶光斑形貌；光束尺寸调节装置4用于对激光束尺寸进行调节，从而达模拟远场到靶光斑尺寸的目的，在本实施例中，光束尺寸调节装置4的入光口直径15mm，出光口直径80mm，在其他实施例中也可根据实际需求改变入光口和出光口的尺寸以及比例。
43.光束抖动装置包括反射镜5和快反镜6，反射镜5设置于光束尺寸调节装置4输出激光束路径上，其使激光束转向输入至快反镜6上，快反镜6则使激光束抖动后输出，并使输出激光束与光束尺寸调节装置4输出激光束方向保持一致，从而模拟远场环境下光束抖动状态。在本实施例中，快反镜6参数为：镜片直径100mm，闭环带宽500hz，行程
±
25mrad，当然在其他实施例中可根据实际需求选用不同性能参数的快反镜6。
44.入射角调节系统包括有平行多连杆机构和驱动机构，驱动机构控制平行多连杆机构运行，平行多连杆机构控制激光发射系统和光斑调节系统运动以调节激光束到达靶目标打击点的入射角度。
45.其中，平行多连杆机构包括有等长的主动杆7、固定杆8和从动杆9，主动杆7与光斑调节系统输出的激光束平行，固定杆8固定设置，主动杆7的一端与固定杆8的一端转动连接且转动轴与主动杆7和固定杆8均垂直，从动杆9与主动杆7平行，主动杆7远离固定杆8的一端连接有长连接杆10，长连接杆10的端部与主动杆7端部转动连接，从动杆9的一端与长连接杆10远离主动杆7的一端转动连接，固定杆8远离主动杆7的一端连接有同样的长连接杆10，固定杆8端部与长连接杆10端部转动连接，两根长连接杆10于中点处转动连接，从动杆9远离长连接杆10的一端连接有短连接杆11，短连接杆11的端部与从动杆9端部转动连接，短连接杆11远离从动杆9的一端与和固定杆8连接的长连接杆10端部转动连接，短连接杆11与主动杆7等长且长度为长连接杆10的1/2，各转动连接处的转动轴均与主动杆7和固定杆8转动连接的转动轴平行；驱动机构驱动主动杆7绕与固定杆8的连接点转动；激光发射系统和光斑调节系统均设于从动杆9上，且光斑调节系统输出激光束与从动杆9位于一条直线上。
46.在本实施例中，从动杆9上固定有一安装板12，准直头2和光斑调节系统均安装于
安装板12上。
47.驱动机构驱动主动杆7转动时，通过长连接杆10和短连接杆11的联动使从动杆9以其延长线上的一点为圆心转动，在测试时将远场靶目标打击点设于此处，即可使激光束以靶标为圆心做旋转运动，实现保证光束入射角变化的同时激光辐照点保持不变的目的。
48.驱动机构包括有驱动块13、伺服电机14、控制电脑15和连接件，驱动块13与主动杆7滑动连接且滑动方向与主动杆7长度方向一致，伺服电机14通过连接件与驱动块13连接，驱动块13还与主动杆7转动连接且转动轴与主动杆7的转动轴平行，伺服电机14通过连接件控制驱动块13沿直线滑动且滑动方向与主动杆7的转动轴垂直，控制电脑15控制伺服电机14运行。
49.具体的，主动杆7上沿长度方向开设有一条滑槽，驱动块13设为圆柱形，驱动块13以其轴线与主动杆7的转轴平行的状态设于滑槽内；连接件为电动丝杆16或者电动推缸，在本实施例中选用电动丝杆16，具体的，驱动机构还包括有一安装轴17，安装轴17沿驱动块13的滑动方向设置，安装轴17上沿长度方向开设有一安装槽，电动丝杆16设于安装槽内且长度方向与安装槽一致，而驱动块13连接有一与电动丝杆16螺纹装配的安装块，安装块设于安装槽内；电动丝杆16与伺服电机14连接。
50.在本实施例中，从动杆9旋转角速度可在0.5
°
/s～15
°
/s范围调节，入射角调节系统调节激光束的入射角变化范围为
±
60度；相对应的，驱动块13滑动方向与固定杆8长度方向所成的锐角角度为30
°
，即安装轴17与固定杆8所成锐角为30
°
；具体的，伺服电机14功率为设为400w，安装轴17的长度为0.82米，电动丝杆16带动驱动块13滑动的行程为0.61米。
51.本技术实施例还提供该远场激光到靶参数模拟装置在靶标处于风洞环境下的应用。
52.参照图3所示，风洞18为水平设置，其内设置有靶目标模型19，靶目标模型19位于风洞18中心轴线上，且风洞18侧壁上于中心轴线高度开设有导光窗口20，导光窗口20与靶目标模型19位置相对应，则远场激光到靶参数模拟装置安装于靠近导光窗口20处并使激光束能够通过导光窗口20，且使靶标模型位于光束的靶目标打击点上，在本实施例中，光斑调节系统及入射角调节系统均设置于水平面内。
53.具体的，固定杆8距离风洞18侧壁最近距离为1米，固定杆8在安装时，以与风洞18长度方向成一定角度α固定于地面上，该角度与入射角调节系统调节激光束的入射角变化范围θ相关，即α θ＝90
°
，而本实施例中θ为60
°
，相应地，在本实施例中α为30
°
。
54.风洞18内还设置有光电探测模块21和接触式温度测试设备22，均放置于靶目标内部，光电探测模块21对靶标击穿时间进行测量，接触式温度测试设备22用于采集温升数据。
55.在风洞18外于靠近导光窗口20处设置有非接触温度测试设备23和摄像机24，非接触温度测试设备23采用红外热像仪探测器，记录靶标辐照过程温度分布，摄像机24则对靶标毁伤形貌进行实时记录。
56.在其他实施例中，远场激光到靶参数模拟装置还可应用于地面静态、力学加载等任意多种靶标所处环境状态，以及多种环境状态组合下的远场到靶光斑参数的模拟。
57.本实施例还提供一种模拟远场到靶激光参数的方法，采用如上述所描述的一种模拟远场到靶激光参数的装置进行，包括如下步骤：
58.激光发射系统发射激光束，激光器1控制软件进行输出激光功率的动态控制；
59.光束整形装置3对激光束进行整形，模拟远场光斑形貌；
60.光束尺寸调节装置4对整形后的激光束进行扩束；
61.光束抖动控制装置使扩束后的激光束抖动后输出；
62.入射角调节系统调节抖动输出的激光束到达靶目标打击点的入射角度。
63.在本技术的描述中，需要说明的是，术语
″
上
″
、
″
下
″
等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本技术的限制。除非另有明确的规定和限定，术语
″
安装
″
、
″
相连
″
、
″
连接
″
应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本技术中的具体含义。
64.需要说明的是，在本技术中，诸如
″
第一
″
和
″
第二
″
等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语
″
包括
″
、
″
包含
″
或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句
″
包括一个......
″
限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
65.以上所述仅是本技术的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本技术。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本技术的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本技术将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所申请的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。