CN102323706A - 多路脉冲激光束空间传播分时编/解码方法和编/解码器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于等间距分立线阵反射的多路脉冲激光束空间传播的分时编/解码方法和编/解码器，不同激光束在等间距设置的多个正反射镜线阵和两个斜反射镜线阵之间反射，改变了光束传播光程，使得多束同步脉冲光源经过编码、分时放大和解码后仍保持同步；本发明编/解码器中每个反射镜线阵共用一套支撑机构，占用实验室空间小，结构紧凑，且容易根据不同的脉冲激光时间间隔要求和光路通道数进行扩展，方便了实验。
Description
技术领域
本发明涉及一种光学角多路的编码/解码方法和装置，尤其是一种基于等间距分立线阵反射的多路脉冲激光束空间传播的分时编/解码方法和编/解码器。
背景技术
光学角多路技术是应用于高功率准分子激光技术中的一项关键技术，其基本原理是一系列经过时间编码的单脉冲激光以不同角度进入激光放大器，实现单脉冲激光能量放大，再经过解码，最后多路脉冲激光经过聚焦同时到达靶目标，以提高激光功率密度，其基本原理如图1所示，1#～n#多路同步脉冲光源经过编码器后分时进入一个光放大器中，在光放大器分时放大后分时进入解码器解码后同步输出，最后入射到靶面。主要是激光放大器的动态范围有限，对于过高功率的脉冲放大效率不高，采用编码器将同步脉冲信号分时放大后再按照时间同步后进行聚焦，可以大大提高激光聚焦后的功率密度。
角多路技术已经成功地应用于美国的Nike装置和国内的“天光一号”等装置中。使用角多路技术的前提是需要对多束激光进行编码和解码。所谓编码，就是通过光学延时的方法，得到一个在时间上等间隔的脉冲激光串；所谓解码，同样是使用光学延时的方法，消除各个经过放大的脉冲激光之间的时间差，使得多路激光同时到达靶目标。
在国内外现有高功率准分子激光装置中，解码和编码都是利用激光束经过多个反射镜来实现所需光学延时，激光反射镜的入射角和反射角均为45°，各面反射镜按照空间距离排布进行编码，由于每路激光传播的光程不同，到达放大器的时刻不同，同样也依靠45°角空间排布的多面反射镜进行空间解码，使激光脉冲最后在时间上同步。
这种方法和装置在应用中存在的问题是激光相对反射镜的入射和反射角均为45°，因此涉及的反射镜必需分散放置，所需反射镜的支撑线阵较多，占用实验室空间很大，不够紧凑；另外由于涉及的反射镜支撑线阵较多，致使这种编码/解码方法的可扩展性较差，比如需要满足不同的脉冲激光时间间隔要求，或者光路通道数的增加，均需要重新进行光路设计和布置，给相关实验带来了极大的不便。
发明内容
本发明目的是提供一种基于等间距分立线阵的多路脉冲激光束空间分时传播的编/解码方法和编/解码器，占用实验室空间小，结构紧凑，并具有较佳的扩展性。
一种多路脉冲激光束空间传播分时编码方法，包括以下步骤：
1】n路经过编码的同步脉冲激光束平行入射至与光路垂直且等间距d设置的多组正反射镜线阵，
2】微调相应的反射镜，使n路同步脉冲激光束在正反射镜线阵之间多次反射，直至n路同步脉冲激光束经与入射光路倾斜设置的斜反射镜线阵反射，且使第i路编码的光束自第一组等间距正反射镜线阵至斜反射镜线阵之间的光程为i*d+d/2，所述n≥i≥1；
3】使斜反射镜线阵反射后的n路脉冲激光束按照编码序号分时平行出射。
一种多路脉冲激光束空间传播分时解码方法，包括以下步骤：
1】n路按照编码序号分时平行的脉冲激光束经斜反射镜线阵的反射进入与光路垂直且等间距d设置的多组正反射镜线阵；
2】微调相应的反射镜，使n路分时脉冲激光束在正反射镜线阵之间多次反射；且使第i路编码的光束自斜反射镜线阵至最后一组正反射镜线阵之间的光程为(n-i)*d+d/2，所述n≥i≥1；
3】使多组正反射镜线阵反射后的n路反射脉冲激光束同步平行出射。
一种多路脉冲激光束空间传播分时编码器，其特殊之处是：包括沿入射激光束方向等间距设置的多组正反射镜线阵和与入射光路倾斜设置的两个斜反射镜线阵，所述的两个斜反射镜线阵设置在沿入射光路方向前两个正反射镜线阵中间距离相等的位置；所述两个斜反射镜线阵与入射光束的夹角分别为45°和135°；所述正反射线阵和斜反射镜线阵分别包括多个角度可微调的反射镜。
上述的反射镜材料为硅、石英或碳化硅，工作面上镀有针对激光波长的高反射膜。
一种多路脉冲激光束空间传播分时解码器，其特殊之处是：包括与入射光路倾斜设置的两个斜反射镜线阵以及与入射激光束垂直且等间距设置的多组正反射镜线阵，所述的两个斜反射镜线阵设置在沿出射光路方向最后两个正反射镜线阵中间距离相等的位置；所述两个斜反射镜线阵与入射光束的夹角分别为45°和135°；所述正反射线阵和斜反射镜线阵分别包括多个角度可微调的反射镜。
上述的反射镜材料为硅、石英或碳化硅，工作面上镀有针对激光波长的高反射膜。
本发明具有的有益效果：
1、本发明提供一种基于等间距分立线阵反射原理的多路脉冲激光束空间传播的分时编/解码方法和编/解码器，每个反射镜线阵共用一套支撑机构，占用实验室空间小，结构紧凑。
2、本发明采用的等间距分立线阵反射原理的编/解码方法和编/解码器，容易根据不同的脉冲激光时间间隔要求和光路通道数进行扩展，而不需要新进行光路设计和布置，方便了实验。
3、本发明编码器和解码器的布局一致，在一些特殊场合可以互用。
附图说明
图1为本发明光学角多路编码放大和解码原理框图；
图2为本发明等间距分立反射编码器工作原理图；
图3为本发明等间距分立反射解码器工作原理图；
其中：1-同步脉冲激光源；2-编码器；3-光放大器；4-解码器；5-靶面。
具体实施方式
下面以10路光束为例，详述本发明编码器和解码器的工作原理。
如图2所示的编码器中，沿激光入射方向设置了4个等间距正反射镜线阵，其间距d为激光串中两束相邻激光脉冲之间的时间间隔对应的空间长度，如两激光束时间间隔为t＝10ns，光束在空气中的传输速度为v＝3×105km/s，则间距d＝tv＝3m。在正反射镜线阵的前表面或后表面对应位置，则安装了多只反射镜，其数量和位置取决于光源的路数。在1#和2#正反射镜线阵距离的正中间偏上位置安装了2个斜反射镜线阵，斜反射镜线阵与入射光束的夹角分别为45°和135°。无论是正反射镜线阵还是斜反射镜线阵均由多只大致在一个工作平面内的角度可以微调的反射镜组成，微调的角度通常不会超过5°；反射镜材料为硅、石英或碳化硅，工作面上镀有针对激光波长的高反射膜。不同光束在位于不同线阵上的正反射镜之间进行反射传输，每一束激光都有一组相对应的反射镜实现其光学延时后，经斜反射镜线阵输出。
在多路同步脉冲激光进入正反射镜线阵之前，先对激光束进行编号，以10路光束为例，编号分别为1、2、3……10，编号则对应着该光束在编码器中需要通过的光程长度，如第8路光束需在解码线阵中通过8d的光程。
图2以第8路和第9路光束为例说明编码的基本方法，第8路光束跨越过1#、2#、3#正反射镜线阵后入射至4#正反射镜线阵，在3#正反射镜线阵和4#正反射镜线阵折反后跨越过3#、2#正反射镜线阵，入射至1#正反射镜线阵，再经1#斜反射镜线阵反射后输出，由于反射镜之间的间距d较大，反射镜线阵的尺度较小，上述反射均为小角度入射，则可以认为以1#正反射镜线阵为起点，1#斜反射镜线阵为终点，第8路光束在编码器中的光程为8.5d；同样根据图中的光路可以分析得到，第9路光束在编码器中的光程为9.5d，只是最后的输出反射镜为2#斜反射镜线阵。同样原理可以看出，由于两个斜反射镜线阵位于1#和2#正反射镜线阵距离的正中间，故奇数编号的光路最后需要通过2#斜反射镜输出，偶数编号的光路最后需要通过1#斜反射镜输出，其在编码器中的光程为id+0.5d，i为光束编号，相邻编号的光束的光程差仍为d，如此实现了多路同步脉冲光束的分时编码。
解码器的原理如图3所示，其光学器件的放置同编码器一样，故在一些特殊场合可以互用。以10路光束为例，第i路光束在编码器中的光程为id+0.5d，则在解码器中光程设计为(10-i)d+0.5d，这样所有通道的光束经过编码器和解码器中叠加的光程均为11d。
图3中以第1路和第9路为例，光束先经过斜反射镜线阵反射后再进入正反射镜线阵反射，其中奇数号光束经由过2#斜反射镜输入，偶数号光束经由过1#斜反射镜输入，最后可以得到：以斜反射镜线阵为起点，1#正反射镜线阵终点，第i路光束在解码器中的光程为(10-i)d+0.5d，即所有通道的光束经过编码器和解码器中叠加的光程均为11d，实现了脉冲的同步，由于放大器对不会影响到不同编号光束的光程差，故多束同步脉冲光源经过编码、分时放大和解码后仍保持同步，最后照射到靶面上，实现了功率密度的大幅提升。
本发明采用基于等间距分立线阵反射原理的多路脉冲激光束空间分时传播的编/解码方法和编/解码器，每个反射镜线阵共用一套支撑机构，占用实验室空间小，结构紧凑。从图2和图3中还可以看出，本发明可以很容易改变正反射镜线阵之间的间距d来改变激光束之间的脉冲时间间隔，或者增加正反射镜线阵的数量以增加激光束通道，工程上容易实现，方便了实验。
Claims (6)
1.一种多路脉冲激光束空间传播分时编码方法，其特征在于：包括以下步骤：
1】n路经过编码的同步脉冲激光束平行入射至与光路垂直且等间距d设置的多组正反射镜线阵，
2】微调相应的反射镜，使n路同步脉冲激光束在正反射镜线阵之间多次反射，直至n路同步脉冲激光束经与入射光路倾斜设置的斜反射镜线阵反射，且使第i路编码的光束自第一组等间距正反射镜线阵至斜反射镜线阵之间的光程为i*d+d/2，所述n≥i≥1；
3】使斜反射镜线阵反射后的n路脉冲激光束按照编码序号分时平行出射。
2.一种多路脉冲激光束空间传播分时解码方法，其特征在于：包括以下步骤：
1】n路按照编码序号分时平行的脉冲激光束经斜反射镜线阵的反射进入与光路垂直且等间距d设置的多组正反射镜线阵；
2】微调相应的反射镜，使n路分时脉冲激光束在正反射镜线阵之间多次反射；且使第i路编码的光束自斜反射镜线阵至最后一组正反射镜线阵之间的光程为(n-i)*d+d/2，所述n≥i≥1；
3】使多组正反射镜线阵反射后的n路反射脉冲激光束同步平行出射。
3.一种多路脉冲激光束空间传播分时编码器，其特征在于：包括沿入射激光束方向等间距设置的多组正反射镜线阵和与入射光路倾斜设置的两个斜反射镜线阵，所述的两个斜反射镜线阵设置在沿入射光路方向前两个正反射镜线阵中间距离相等的位置；所述两个斜反射镜线阵与入射光束的夹角分别为45°和135°；所述正反射线阵和斜反射镜线阵分别包括多个角度可微调的反射镜。
4.根据权利要求3所述的多路脉冲激光束空间传播分时编码器，其特征在于：所述的反射镜材料为硅、石英或碳化硅，工作面上镀有针对激光波长的高反射膜。
5.一种多路脉冲激光束空间传播分时解码器，其特征在于：包括与入射光路倾斜设置的两个斜反射镜线阵以及与入射激光束垂直且等间距设置的多组正反射镜线阵，所述的两个斜反射镜线阵设置在沿出射光路方向最后两个正反射镜线阵中间距离相等的位置；所述两个斜反射镜线阵与入射光束的夹角分别为45°和135°；所述正反射线阵和斜反射镜线阵分别包括多个角度可微调的反射镜。
6.根据权利要求5所述的多路脉冲激光束空间传播分时解码器，其特征在于：所述的反射镜材料为硅、石英或碳化硅，工作面上镀有针对激光波长的高反射膜。
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| CN104464140B (zh) * | 2014-12-31 | 2017-03-22 | 湖北中新实业有限公司 | 一种激光多波门系统 |
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