CN105629481A - 一种高能激光、探测成像光及远距离测距激光共光路结构 - Google Patents

Abstract

本发明属于光学工程技术领域，具体涉及一种高能激光、探测成像光及远距离测距激光共光路结构，目的是提供一种能够有效减小兼顾高能激光、探测成像光及远距离测距激光共光路的体积和重量的光路。它包括卡塞格林主镜(1)、卡塞格林副镜(2)、快速反射镜(3)、分光片、整形镜组、高功率激光(6)、窄带滤光片(8)、探测CCD(10)、滤光片(11)、激光测距模块(12)、激光发射斜劈(14)和激光器(15)。本发明采用共光路结构形式，通过合理设计光学镜片参数，使高能激光、探测成像光及远距离测距激光共用一个光学天线，此光学天线采用收、发一体化设计，能够大大减小系统体积和重量。

Description

一种高能激光、探测成像光及远距离测距激光共光路结构

技术领域

本发明属于光学工程技术领域，具体涉及一种高能激光、探测成像光及远距离测距激光共光路结构。

背景技术

在地面及深空光学工程技术领域，对目标的精确跟踪瞄准及杀伤提出了越来越高的要求，尤其是在深空领域，要求跟瞄及杀伤装置具有较小的体积和重量。

目前，对于精确跟踪瞄准和杀伤分立装置而言，具有较为成熟的技术实现途径，而且各自都能达到较高的技术水平。对于精确跟踪瞄准，通过采用粗精复合轴跟踪装置能够实现微弧度量级的跟踪精度；对于杀伤而言，也具有较为成熟的高能激光器。在空间应用时，将两者相结合，对于组合体的体积和重量都有较为严格的要求。显然两者简单堆叠会使组合体的体积和重量严重超出预期目标，无法满足空间应用的需求。

发明内容

本发明的目的是提供一种能够有效减小兼顾高能激光、探测成像光及远距离测距激光共光路结构的体积和重量的高能激光、探测成像光及远距离测距激光共光路结构。

本发明是这样实现的：

一种高能激光、探测成像光及远距离测距激光共光路结构，包括卡塞格林主镜、卡塞格林副镜、快速反射镜、分光片、整形镜组、高功率激光、窄带滤光片、探测CCD、滤光片、激光测距模块、激光发射斜劈和激光器；其中，卡塞格林主镜竖直放置，卡塞格林副镜与卡塞格林主镜相对放置，其轴线与卡塞格林主镜同轴；快速反射镜的镜面与水平面呈45度，快速反射镜的中心位于卡塞格林主镜的轴线上；分光片共两片，包括第一分光片和第二分光片；第一分光片的镜面与水平面呈45度，位于快速反射镜上方；整形镜组包括扩束准直镜组、接收成像镜组和接收汇聚镜组；扩束准直镜组安装在第一分光片上，扩束准直镜组的轴线与第一分光片的中心和快速反射镜的中心的连线重合；高能激光器位于扩束准直镜组的上方，高能激光器位于扩束准直镜组的轴线上；第二分光片的镜面与水平面呈45度，位于第一分光片的右侧，第一分光片的中心和第二分光片的中心的连线与水平面平行；窄带滤光片位于第二分光片上方，窄带滤光片在第二分光片的投影位于第二分光片内；接收汇聚镜组位于窄带滤光片正上方，激光发射斜劈安装在接收汇聚镜组下部；激光测距模块位于接收汇聚镜组上方；激光器位于激光发射斜劈的右侧、经过激光发射斜劈反射的光线的光路上；滤光片位于第二分光片右侧、滤光片的中心位于第一分光片的中心和第二分光片的中心的连线上；接收成像镜组位于滤光片右侧，接收成像镜组的中心位于第一分光片的中心和第二分光片的中心的连线；探测CCD位于接收成像镜组的右侧焦面位置，使光线经过整形镜组后到达探测CCD相面成像。

如上所述的激光发射斜劈采用1550nm激光发射斜劈实现。

如上所述的激光器采用1550nm激光器实现，其激光脉宽为10ns，峰值功率20kW。

如上所述的高功率激光采用1064nm激光，最高功率设为800W。

如上所述的探测CCD的量子噪声为10nW。

本发明的有益效果是：

本发明采用卡塞格林主镜1、卡塞格林副镜2、快速反射镜3、分光片、整形镜组、高功率激光6、滤光片8、探测CCD10、窄带滤光片11、激光测距模块12、1550nm激光发射斜劈14和1550nm激光器15，设计了分光光路镜片膜系参数，通过理论计算，证明了所设计的分光光路镜片膜系参数在三个支路共同作用下，各支路都能实现较高的信噪比。

附图说明

图1是本发明的一种高能激光、探测成像光及远距离测距激光共光路结构的结构原理图；

图中：1.卡塞格林主镜；2.卡塞格林副镜；3.快速反射镜；4.第一分光片；5.扩束准直镜组；6.高功率激光；7.分光片；8.滤光片；9.接收成像镜组10.探测CCD；11.窄带滤光片；12.激光测距模块；13.接收汇聚镜组；14.1550nm激光发射斜劈；15.1550nm激光器。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明的一种高能激光、探测成像光及远距离测距激光共光路结构进行介绍：

如图1所示，一种高能激光、探测成像光及远距离测距激光共光路结构，包括卡塞格林主镜1、卡塞格林副镜2、快速反射镜3、分光片、整形镜组、高功率激光6、窄带滤光片8、探测CCD10、滤光片11、激光测距模块12、1550nm激光发射斜劈14和1550nm激光器15。其中，卡塞格林主镜1竖直放置，卡塞格林副镜2与卡塞格林主镜1相对放置，其轴线与卡塞格林主镜1同轴。快速反射镜3的镜面与水平面呈45度，快速反射镜3的中心位于卡塞格林主镜1的轴线上。分光片共两片，包括第一分光片4和第二分光片7。第一分光片4的镜面与水平面呈45度，位于快速反射镜3上方。整形镜组包括扩束准直镜组5、接收成像镜组9和接收汇聚镜组13。扩束准直镜组5安装在第一分光片4上，扩束准直镜组5的轴线与第一分光片的中心和快速反射镜3的中心的连线重合。高能激光器6位于扩束准直镜组5的上方，高能激光器6位于扩束准直镜组5的轴线上。第二分光片7的镜面与水平面呈45度，位于第一分光片4的右侧，第一分光片4的中心和第二分光片7的中心的连线与水平面平行。窄带滤光片11位于第二分光片7上方，窄带滤光片11在第二分光片7的投影位于第二分光片7内。接收汇聚镜组13位于窄带滤光片11正上方，1550nm激光发射斜劈14安装在接收汇聚镜组13下部。激光测距模块12位于接收汇聚镜组13上方。1550nm激光器15位于1550nm激光发射斜劈14的右侧、经过1550nm激光发射斜劈14反射的光线的光路上。滤光片8位于第二分光片7右侧、滤光片8的中心位于第一分光片4的中心和第二分光片7的中心的连线上。接收成像镜组9位于滤光片8右侧，接收成像镜组9的中心位于第一分光片4的中心和第二分光片7的中心的连线。探测CCD10位于接收成像镜组9的右侧焦面位置，使光线经过整形镜组9后到达探测CCD10相面成像。

卡塞格林主镜1、卡塞格林副镜2、快速反射镜3、分光片、整形镜组、高功率激光6、滤光片8、探测CCD10、窄带滤光片11、激光测距模块12、1550nm激光发射斜劈14和1550nm激光器15均采用通用产品实现。高功率激光采用1064nm激光，最高功率设为800W。采用的探测CCD为科学级，CCD探测器量子噪声为10nW。1550nm激光器15的激光脉宽为10ns，峰值功率20kW。

工作时，高能激光(1064nm)从高能激光器6出射，通过扩束准直镜组5变成平行光到达分光片4，透过后入射到快速反射镜3表面，经45°反射，水平向左传播，到达卡塞格林副镜2上，再次反射到达卡塞格林主镜1表面，经主镜第三次反射后向左出射到攻击目标上。

探测目标影像经过卡塞格林主镜1收集后反射到卡塞格林副镜2上，经反射后，水平向右传播，达到快速反射镜3上，经45°反射后，向上传播，到达第一分光片4，经45°反射后，1064nm波长的光投射，其他波段的光水平向右传播，到达第二分光片7，经波长分光后，使1550nm波长的光折转90°，向上传播，其他波段的光透射后继续水平传播，到达窄带滤光片8，经过窄带滤光片8的光线将进一步净化，使1550nm及1064nm波长的光进一步被抑制，经过接收成像镜组9后到达探测CCD10相面成像。

测距激光1550nm激光器15发射测距激光信号，经过1550nm激光发射斜劈14反射后向下传播，达到第二分光片7，再次反射后，水平向左传播，到达第一分光片4，第三次反射后向下传播，到达快速反射镜3，第四次反射后到达卡塞格林副镜2上，第五次反射后到达卡塞格林主镜1上，经第六次反射后出射到目标上；1550nm激光照射到目标后发射漫反射，部分光束耦合到卡塞格林主镜1上，经反射到达卡塞格林副镜2上，再次反射水平向右传播，到达快速反射镜3上，第三次反射后向上传播，到达第一分光片4，经过第一分光片4的分光作用，水平向右传播，到达第二分光片7，经第二分光片7的分光作用，向上传播，经过窄带滤光片11后，透过的光只剩1550nm，在经过接收汇聚镜组13后，到达激光测距模块12表面。

在三支路共同工作时，探测成像支路和激光测距支路都具有较高的探测信噪比，具有较强的可实施性。

本发明采用卡塞格林主镜1、卡塞格林副镜2、快速反射镜3、分光片、整形镜组、高功率激光6、滤光片8、探测CCD10、窄带滤光片11、激光测距模块12、1550nm激光发射斜劈14和1550nm激光器15，采用共光路结构形式，通过合理设计光学镜片参数，使高能激光、探测成像光及远距离测距激光共用一个光学天线，此光学天线采用收、发一体化设计，能够大大减小系统体积和重量。根据高功率激光、探测CCD和激光器的参数，设计了分光光路镜片膜系参数，通过理论计算，证明了所设计的分光光路镜片膜系参数在三个支路共同作用下，各支路都能实现较高的信噪比。

Claims (5)

1.一种高能激光、探测成像光及远距离测距激光共光路结构，包括卡塞格林主镜(1)、卡塞格林副镜(2)、快速反射镜(3)、分光片、整形镜组、高功率激光(6)、窄带滤光片(8)、探测CCD(10)、滤光片(11)、激光测距模块(12)、激光发射斜劈(14)和激光器(15)；其中，卡塞格林主镜(1)竖直放置，卡塞格林副镜(2)与卡塞格林主镜(1)相对放置，其轴线与卡塞格林主镜(1)同轴；快速反射镜(3)的镜面与水平面呈45度，快速反射镜(3)的中心位于卡塞格林主镜(1)的轴线上；分光片共两片，包括第一分光片(4)和第二分光片(7)；第一分光片(4)的镜面与水平面呈45度，位于快速反射镜(3)上方；整形镜组包括扩束准直镜组(5)、接收成像镜组(9)和接收汇聚镜组(13)；扩束准直镜组(5)安装在第一分光片(4)上，扩束准直镜组(5)的轴线与第一分光片的中心和快速反射镜(3)的中心的连线重合；高能激光器(6)位于扩束准直镜组(5)的上方，高能激光器(6)位于扩束准直镜组(5)的轴线上；第二分光片(7)的镜面与水平面呈45度，位于第一分光片(4)的右侧，第一分光片(4)的中心和第二分光片(7)的中心的连线与水平面平行；窄带滤光片(11)位于第二分光片(7)上方，窄带滤光片(11)在第二分光片(7)的投影位于第二分光片(7)内；接收汇聚镜组(13)位于窄带滤光片(11)正上方，激光发射斜劈(14)安装在接收汇聚镜组(13)下部；激光测距模块(12)位于接收汇聚镜组(13)上方；激光器(15)位于激光发射斜劈(14)的右侧、经过激光发射斜劈(14)反射的光线的光路上；滤光片(8)位于第二分光片(7)右侧、滤光片(8)的中心位于第一分光片(4)的中心和第二分光片(7)的中心的连线上；接收成像镜组(9)位于滤光片(8)右侧，接收成像镜组(9)的中心位于第一分光片(4)的中心和第二分光片(7)的中心的连线；探测CCD(10)位于接收成像镜组(9)的右侧焦面位置，使光线经过整形镜组(9)后到达探测CCD(10)相面成像。

2.根据权利要求1所述的一种高能激光、探测成像光及远距离测距激光共光路结构，其特征在于：所述的激光发射斜劈(14)采用1550nm激光发射斜劈实现。

3.根据权利要求1或2所述的一种高能激光、探测成像光及远距离测距激光共光路结构，其特征在于：所述的激光器(15)采用1550nm激光器实现，其激光脉宽为10ns，峰值功率20kW。

4.根据权利要求1所述的一种高能激光、探测成像光及远距离测距激光共光路结构，其特征在于：所述的高功率激光(6)采用1064nm激光，最高功率设为800W。

5.根据权利要求1所述的一种高能激光、探测成像光及远距离测距激光共光路结构，其特征在于：所述的探测CCD(10)的量子噪声为10nW。