CN109557521A - 红外脉冲激光目标模拟装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种红外脉冲激光目标模拟装置，红外脉冲激光目标模拟装置包括红外光源组件、汇聚光学组件、单色仪、准直光学组件、偏振调制组件和频率调制组件，红外光源组件用于发出红外光，汇聚光学组件用于聚焦红外光，单色仪用于从红外光中分离出设定波长的单色光，准直光学组件用于准直红外光，偏振调制组件用于将红外光调制成偏振光，频率调制组件用于将红外光调制成设定脉冲频率的激光。应用本发明的技术方案，以解决现有技术中使用实物激光器进行测试试验的成本高且操作复杂的技术问题。

Description

红外脉冲激光目标模拟装置

技术领域

本发明涉及激光目标模拟器技术领域，尤其涉及一种红外脉冲激光目标模拟装置。

背景技术

随着激光技术的发展，激光逐渐应用到各个领域，例如激光切割、激光加热、激光通信、激光武器等。在激光武器研制领域，例如激光制导设备、激光枪、激光炮、激光雷达等多种产品已经逐步被投入使用，其中在激光雷达等激光探测类设备的研制过程中，需要经常对各种激光目标进行测试实验。由于激光是一种特殊的光源，与普通的光源有很大的区别，一台激光器通常由多个部分组成，结构复杂且价格相对昂贵，对于应用于军事的激光器，其成本更高。

基于此，由于在激光探测设备研制过程中，需要针对多个波长的激光目标做测试试验，如果使用实物激光器作为实验目标，不仅成本高而且占用很大空间，操作还很复杂，这就给研制工作带来很大的麻烦。

发明内容

本发明提供了一种红外脉冲激光目标模拟装置，能够解决现有技术中使用实物激光器进行测试试验的成本高且操作复杂的技术问题。

本发明提供了一种红外脉冲激光目标模拟装置，红外脉冲激光目标模拟装置包括红外光源组件、汇聚光学组件、单色仪、准直光学组件、偏振调制组件和频率调制组件，红外光源组件用于发出红外光，汇聚光学组件用于聚焦红外光，单色仪用于从红外光中分离出设定波长的单色光，准直光学组件用于准直红外光，偏振调制组件用于将红外光调制成偏振光，频率调制组件用于将红外光调制成设定脉冲频率的激光；其中，由红外光源组件发出的红外光依次通过汇聚光学组件、单色仪、准直光学组件、偏振调制组件和频率调制组件；或由红外光源组件发出的红外光依次通过汇聚光学组件、单色仪、准直光学组件、频率调制组件和偏振调制组件；或由红外光源组件发出的红外光依次通过汇聚光学组件、单色仪、频率调制组件、准直光学组件和偏振调制组件。

进一步地，红外光源组件包括至少一个发光光源和第一切换装置，至少一个发光光源与第一切换装置电连接，第一切换装置用于控制至少一个发光光源的通断。

进一步地，红外光源组件还包括第一电源，第一电源与第一切换装置电连接，第一电源可调节至少一个发光光源的发光功率。

进一步地，单色仪包括至少两个分光镜和第二切换装置，至少两个分光镜与第二切换装置电连接，第二切换装置根据单色光的设定波长从至少两个分光镜中选择相应的分光镜。

进一步地，单色仪还包括第二电源，第二电源与第二切换装置电连接，第二电源可调节由相应的分光镜分离出的设定波长的单色光的发光功率。

进一步地，偏振调制组件包括至少两个偏振片和第三切换装置，至少两个偏振片与第三切换装置电连接，第三切换装置根据单色光的设定波长从至少两个偏振片选择相应的偏振片。

进一步地，偏振调制组件还包括第三电源，第三电源与第三切换装置电连接，第三电源可调节由相应的偏振片调制成的偏振光的发光功率。

进一步地，频率调制组件包括斩光片和第四电源，斩光片与第四电源电连接，第四电源可调节斩光片的转速。

进一步地，频率调制组件还包括信号发生器，信号发生器与第四电源电连接，信号发生器可调节第四电源的功率。

进一步地，红外脉冲激光目标模拟装置还包括控制器，控制器分别与红外光源组件、单色仪、偏振调制组件和频率调制组件连接，控制器可控制红外光源组件发出设定波段的红外光；控制器可控制第二切换装置选择相应的分光镜；控制器可控制第三切换装置选择相应的偏振片；控制器可控制信号发生器发出与第四电源的功率相应的频率信号。

应用本发明的技术方案，通过使红外光源组件所发出的红外光通过汇聚光学组件、单色仪、准直光学组件、偏振调制组件和频率调制组件进行调制，从而能够输出宽波段频率可调的红外脉冲激光，此种方式能够替代各类高成本的实际红外脉冲激光光源,极大地降低了成本且简化了操作。

附图说明

所包括的附图用来提供对本发明实施例的进一步的理解，其构成了说明书的一部分，用于例示本发明的实施例，并与文字描述一起来阐释本发明的原理。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，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。

图1为根据本发明的实施例提供的红外脉冲激光目标模拟装置的简化结构示意框图；

图2为图1中的红外脉冲激光目标模拟装置的详细结构示意框图。

其中，上述附图包括以下附图标记：

10、红外光源组件；11、发光光源；12、第一切换装置；13、第一电源；20、汇聚光学组件；30、单色仪；31、分光镜；32、第二切换装置；33、第二电源；40、准直光学组件；50、偏振调制组件；51、偏振片；52、第三切换装置；53、第三电源；60、频率调制组件；61、斩光片；62、第四电源；63、信号发生器；70、控制器。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的具体实施例进行详细说明。在下面的描述中，出于解释而非限制性的目的，阐述了具体细节，以帮助全面地理解本发明。然而，对本领域技术人员来说显而易见的是，也可以在脱离了这些具体细节的其它实施例中实践本发明。

在此需要说明的是，为了避免因不必要的细节而模糊了本发明，在附图中仅仅示出了与根据本发明的方案密切相关的设备结构和/或处理步骤，而省略了与本发明关系不大的其他细节。

如图1所示，根据本发明的具体实施例提供了一种红外脉冲激光目标模拟装置，该红外脉冲激光目标模拟装置包括红外光源组件10、汇聚光学组件20、单色仪30、准直光学组件40、偏振调制组件50和频率调制组件60，红外光源组件10用于发出红外光，汇聚光学组件20用于聚焦红外光，单色仪30用于从红外光中分离出设定波长的单色光，准直光学组件40用于准直红外光，偏振调制组件50用于将红外光调制成偏振光，频率调制组件60用于将红外光调制成设定脉冲频率的激光，其中，由红外光源组件10发出的红外光依次通过汇聚光学组件20、单色仪30、准直光学组件40、偏振调制组件50和频率调制组件60；或由红外光源组件10发出的红外光依次通过汇聚光学组件20、单色仪30、准直光学组件40、频率调制组件60和偏振调制组件50；或由红外光源组件10发出的红外光依次通过汇聚光学组件20、单色仪30、频率调制组件60、准直光学组件40和偏振调制组件50。

应用此种配置方式，通过使红外光源组件10所发出的红外光通过汇聚光学组件20、单色仪30、准直光学组件40、偏振调制组件50和频率调制组件60进行调制，从而能够输出宽波段频率可调的红外脉冲激光，此种方式能够替代各类高成本的实际红外脉冲激光光源,极大地降低了成本且简化了操作。

具体地，本发明所提供的红外脉冲激光目标模拟装置，专门为红外激光探测设备、红外激光捕捉设备、红外激光制导设备等相关设备的研制与试验提供红外激光模拟目标源，用一套这样的模拟器可以代替一系列实物红外激光光源目标，大幅度降低当前激光武器研制试验成本，此外，本发明同样可以应用到相关科研领域的激光应用试验。本发明解决了当前红外激光模拟目标源的短缺问题。

进一步地，在本发明中，为了简单方便地输出宽波段频率可调的红外脉冲激光，可将红外脉冲激光目标模拟装置配置为还包括控制器70，控制器70分别与红外光源组件10、单色仪30、偏振调制组件50和频率调制组件60连接，控制器70可控制红外光源组件10发出设定波段的红外光，控制器70可控制单色仪30从红外光中分离出设定波长的单色光，控制器70可控制偏振调制组件50将红外光调制成偏振光，控制器70可控制频率调制组件60将红外光调制成设定脉冲频率的激光。

在本发明中，为了发出指定波段范围的红外光，可将红外光源组件10配置为包括至少一个发光光源11和第一切换装置12，至少一个发光光源11与第一切换装置12电连接，第一切换装置12用于控制至少一个发光光源11的通断。

具体地，作为本发明的一个具体实施例，红外光源组件10与控制器70电连接并由控制器70所控制，红外光源组件10输出的红外光可直接射入汇聚光学组件20。红外光源组件10包括三个光源，该三个光源分别发出短波红外、中波红外、长波红外的光，该三个光源分别与第一切换装置12连接，第一切换装置12可控制具体何种光源进行发光，从而使得红外光源组件10发出指定波段范围的红外光。

进一步地，在本发明中，为了改变至少一个发光光源11的发光功率，可将红外光源组件10配置为还包括第一电源13，至少一个第一电源13与第一切换装置12电连接，第一电源13可调节至少一个发光光源11的发光功率。应用此种配置方式，当需要改变发光光源11的亮度时，第一电源13通过改变输出电压电流从而能够调节发光光源11的发光亮度。

具体地，作为本发明的一个具体实施例，红外光源组件10包括三个光源，该三个光源分别与第一电源13电连接，该三个光源的发光功率可以由第一电源13来控制，该三个光源的开关可由第一切换装置12来控制。其中，第一切换装置12是一组程控开关，第一电源13是一组程控电源模块，可以接受远程控制信号实现输出电压电流的控制，第一切换装置12与第一电源13电连接，第一电源13与控制器70电连接，第一切换装置12与第一电源13共同接受控制器70控制，以实现红外光源中心波长可调和输出功率可调功能。

在本发明中，由于红外光源组件10发出的光通常是发散的自然光，为了提高光源的亮度，使用汇聚光学组件20将红外光源聚焦成一个点光源。具体地，汇聚光学组件20的作用是将入射的红外光光束聚焦成细光束，汇聚光学组件20的前端与红外光源组件10的光路对接，红外光源组件10发出特定波段的红外光经过汇聚光学组件20汇聚后形成直径很小的光束，射入到所述单色仪30。汇聚光学组件20可采用汇聚凹面镜或汇聚柱面镜组合来实现，而考虑聚焦效果及适用范围，通常选用汇聚柱面镜的组合来实现，用两个柱面镜对红外光源两次聚焦，一次聚焦成为线光源，两次聚焦后成为点光源。

进一步地，在本发明中，为了方便地从红外光中分离出设定波长的单色光，可将单色仪30配置为包括至少两个分光镜31和第二切换装置32，至少两个分光镜31与第二切换装置32电连接，第二切换装置32根据单色光的设定波长从至少两个分光镜31中选择相应的分光镜31。

单色仪30的主要部件为分光镜，可以采用投射式或反射式分光，考虑能量损失、加工成本及效率，通常采用反射式分光镜，分光镜通常使用闪耀光栅，闪耀光栅表面通常镀有高反射率膜用以提高反射率，针对不同中心波长的光可选用对应的分光镜以满足全波段红外光的分光功能。具体地，至少两个分光镜31对应的波段可以覆盖短波红外、中波红外、长波红外，至少两个分光镜可通过第二切换装置32进行切换。

进一步地，在本发明中，为了改变输出单色光的发光功率，可将单色仪30配置为还包括第二电源33，第二电源33与第二切换装置32电连接，第二电源33可调节由相应的分光镜31分离出的设定波长的单色光的发光功率。

具体地，第二切换装置32是一组程控开关，第二切换装置32与第二电源33电连接，共同接受控制器70的控制。第二电源33是一组程控电源模块，第二电源33与控制器70电连接，第二电源33接受控制器70的控制，可以接受远程控制信号实现输出电压电流的控制。

单色仪30的作用是从射入的宽光谱的光分离出指定波长的单色光，单色仪30与控制器70电连接并接受控制器70的控制，单色仪30在控制器70的控制下可以分离出指定波长的单色光，单色仪30前端与汇聚光学组件20后端光路对接，光束经过所述单色仪30之后，出射光为指定中心波长具有一定光谱宽度的单色光，射入到所述准直光学组件40。

在本发明中，准直光学组件40的作用是将输入的光准直后输出，作为本发明的一个具体实施例，可将准直光学组件40的前端与单色仪30的后端光路对接，从单色仪30出射的单色光经准直光学组件40后形成平行光束，射入偏振调制组件50。

进一步地，在本发明中，为了将红外光调制成偏振光，偏振调制组件50包括至少两个偏振片51和第三切换装置52，至少两个偏振片51与第三切换装置52电连接，第三切换装置52根据单色光的设定波长从至少两个偏振片51选择相应的偏振片51。

在本发明中，为了调节偏振光的发光功率，可将偏振调制组件50配置为还包括第三电源53，第三电源53与第三切换装置52电连接，第三电源53可调节由相应的偏振片51调制成的偏振光的发光功率。

具体地，偏振调制组件50的作用是将入射的光束调制成具有一定偏振状态光束，偏振调制组件50包括至少两个偏振片51、第三切换装置52和第三电源53，偏振调制组件50与控制器70电连接并接受控制器70的控制。作为本发明的一个具体实施例，单色仪30在控制器70的控制下可以分离出指定波长的单色光，在控制器70的控制下可以选择适应于指定波长的偏振片51来调制出射光的偏振态，偏振调制组件50的前端与准直光学组件40的后端光路对接，经过偏振调制组件50之后，光束被调制成为偏振光，入射到频率调制组件60。

偏振片51是一种用半导体材料制备成的平面透镜，每个偏振片对应不同的红外波段，当偏振片选定后，只有对应的红外波段的透过率是最大的，每个偏振片经过特殊处理后，可以使自然红外光透过后成为特定偏振态的红外光，常见的偏振态是线偏振，常用的处理方法是在平面镜表面镀一层偏振膜。第三切换装置52是一组程控开关，第三切换装置52与第三电源53电连接，共同接受控制器70的控制。第三电源53是一组程控电源模块，可以接受远程控制信号实现输出电压电流的控制，第三电源53与控制器70电连接，接受控制器70控制。

进一步地，为了对入射光束进行频率调制，可将频率调制组件60配置为包括斩光片61和第四电源62，斩光片61与第四电源62电连接，第四电源62可调节斩光片61的转速。为了调节输出激光的功率，可将频率调制组件60配置为还包括信号发生器63，信号发生器63与第四电源62电连接，信号发生器63可调节第四电源62的功率。

具体地，频率调制组件60的作用是将入射的偏振光调制成具有一定脉冲重复频率的脉冲光，频率调制组件60包含斩波片61、第四电源62和信号发生器63，频率调制组件60与控制器70电连接并接受控制器70的控制，频率调制组件60在控制器70的控制下可以调整频率调制组件60的调制频率。作为本发明的一个具体实施例，频率调制组件60的前端与偏振调制组件50的后端光路对接，对入射光束进行频率调制，最后射出指定中心波长且具有特定脉冲重复频率激光。

斩波片61是一种孔与挡片按圆周交替排列的圆盘，孔与孔的角度间等于挡片与挡片之间的间距，当斩波片以一定旋转速度旋转时，连续的入射光透过斩波片时将被调制成一定频率的脉冲光，调制频率与斩波片的旋转速度成正比，斩波片的旋转机构由第四电源62控制，第四电源62输出的驱动电流决定了斩波片61的旋转速度。第四电源62是一组程控电源模块，可以接受远程控制信号实现输出电压电流的控制，第四电源62与信号发生器63电连接，接受信号发生器63控制。

信号发生器63是一台可以发出不同频率信号的可调信号源，当接收到信号发生指令时，信号发生器63将按照指令发出频率信号源，该频率信号源驱动第四电源62以发出的信号源频率输出稳定的驱动电压和驱动电流。信号发生器63可以接受远程控制信号，信号发生器63与控制器70电连接，接受控制器70控制。

进一步地，在本发明中，可将控制器70配置为一台具备多种接口的计算机，该计算机可以连接红外光源组件10、单色仪30、偏振调制组件50和频率调制组件60，控制器70通过软件对红外光源组件10、单色仪30、偏振调制组件50和频率调制组件60进行控制，在控制器70上选择红外光源组件10的波段，可以控制光源发出指定波段的光，可以控制单色仪30选择对应的分光镜，可以控制偏振调制组件选择对应的偏振片，在控制器上选择红外光源的输出功率，可以控制红外光源的输出功率，在控制器上选择脉冲重复频率，可以控制频率调制组件的输出频率进而控制输出光的脉冲重复频率。

为了对本发明有进一步地了解，下面结合图1和图2对红外脉冲激光目标模拟装置的具体工作过程进行详细说明。

为了使用本发明的红外脉冲激光目标模拟装置输出宽波段频率可调的红外脉冲激光，首先在控制器70上选择一个红外波段，控制器70控制红外光源组件10选择对应于指定的红外波段的光源并打开其电源开关，使其发出红外光，发光体的亮度可以通过控制器70来控制，调整光源亮度的部件是红外光源组件的第一光源13。红外光源组件10发出的光通常是发散的自然光，为了提高光源的亮度，使用汇聚光学组件20将红外光源聚焦成一个点光源，汇聚光学组件20通常用柱面镜组合来实现，用两个柱面镜对红外光源两次聚焦，一次聚焦成为线光源，两次聚焦后成为点光源。

其次对点光源进行分光并准直，本发明模拟的是激光目标，因此发出的光尽可能是单色光，以接近激光光源的单色特性。将点光源调制到单色仪30的分光镜上，单色仪30的分光镜31由所述控制器70控制，针对光源的波段，单色仪30会自动选择相应的分光镜31，并且会自动调整到指定波长对应的位置。在单色仪30上，单一波长的光对应某一分光镜31的特定角度，因此控制器70控制单色仪30的分光镜31旋转到指定角度就可以将指定波长的光分离出来并投射出单色仪30，单色仪30输出的单色光需要经准直光学组件40准直才能输出平行光，高平行度是激光的特征之一，因此经过准直后的平行光才具备模拟激光的条件。

然后，调整激光的偏振态和输出重复频率以模拟真实激光的偏振态和重复频率，真实的激光光源通常有固定的偏振态和重复频率，偏振态的选择可通过控制器70完成，偏振调制组件50的切换装置会根据控制器70的指令完成切换，输出指定的偏振态激光。激光的重复频率通过控制器70的选择改变频率调制组件60的信号发生器63，信号发生器63驱动第四电源62使得斩波片61以指定频率旋转，最终将激光的输出的重复频率调制成斩波器的输出频率。

此外，作为本发明的其他实施例，由红外光源组件10发出的红外光也可依次通过汇聚光学组件20、单色仪30、准直光学组件40、频率调制组件60和偏振调制组件50；或者由红外光源组件10发出的红外光依次通过汇聚光学组件20、单色仪30、频率调制组件60、准直光学组件40和偏振调制组件50。该两种替代方式最终也能够输出宽波段频率可调的红外脉冲激光。

如上针对一种实施例描述和/或示出的特征可以以相同或类似的方式在一个或更多个其它实施例中使用，和/或与其它实施例中的特征相结合或替代其它实施例中的特征使用。

应该强调，术语“包括/包含”在本文使用时指特征、整件、步骤或组件的存在，但并不排除一个或更多个其它特征、整件、步骤、组件或其组合的存在或附加。

这些实施例的许多特征和优点根据该详细描述是清楚的，因此所附权利要求旨在覆盖这些实施例的落入其真实精神和范围内的所有这些特征和优点。此外，由于本领域的技术人员容易想到很多修改和改变，因此不是要将本发明的实施例限于所例示和描述的精确结构和操作，而是可以涵盖落入其范围内的所有合适修改和等同物。

本发明未详细说明部分为本领域技术人员公知技术。

Claims (10)

1.一种红外脉冲激光目标模拟装置，其特征在于，所述红外脉冲激光目标模拟装置包括红外光源组件(10)、汇聚光学组件(20)、单色仪(30)、准直光学组件(40)、偏振调制组件(50)和频率调制组件(60)，所述红外光源组件(10)用于发出红外光，所述汇聚光学组件(20)用于聚焦所述红外光，所述单色仪(30)用于从所述红外光中分离出设定波长的单色光，所述准直光学组件(40)用于准直所述红外光，所述偏振调制组件(50)用于将所述红外光调制成偏振光，所述频率调制组件(60)用于将所述红外光调制成设定脉冲频率的激光；

其中，由所述红外光源组件(10)发出的所述红外光依次通过所述汇聚光学组件(20)、所述单色仪(30)、所述准直光学组件(40)、所述偏振调制组件(50)和所述频率调制组件(60)；

或由所述红外光源组件(10)发出的所述红外光依次通过所述汇聚光学组件(20)、所述单色仪(30)、所述准直光学组件(40)、所述频率调制组件(60)和所述偏振调制组件(50)；

或由所述红外光源组件(10)发出的所述红外光依次通过所述汇聚光学组件(20)、所述单色仪(30)、所述频率调制组件(60)、所述准直光学组件(40)和所述偏振调制组件(50)。

2.根据权利要求1所述的红外脉冲激光目标模拟装置，其特征在于，所述红外光源组件(10)包括至少一个发光光源(11)和第一切换装置(12)，至少一个所述发光光源(11)与所述第一切换装置(12)电连接，所述第一切换装置(12)用于控制至少一个所述发光光源(11)的通断。

3.根据权利要求2所述的红外脉冲激光目标模拟装置，其特征在于，所述红外光源组件(10)还包括第一电源(13)，所述第一电源(13)与所述第一切换装置(12)电连接，所述第一电源(13)可调节至少一个所述发光光源(11)的发光功率。

4.根据权利要求1所述的红外脉冲激光目标模拟装置，其特征在于，所述单色仪(30)包括至少两个分光镜(31)和第二切换装置(32)，至少两个所述分光镜(31)与所述第二切换装置(32)电连接，所述第二切换装置(32)根据所述单色光的设定波长从至少两个所述分光镜(31)中选择相应的分光镜(31)。

5.根据权利要求4所述的红外脉冲激光目标模拟装置，其特征在于，所述单色仪(30)还包括第二电源(33)，所述第二电源(33)与所述第二切换装置(32)电连接，所述第二电源(33)可调节由相应的所述分光镜(31)分离出的设定波长的所述单色光的发光功率。

6.根据权利要求4所述的红外脉冲激光目标模拟装置，其特征在于，所述偏振调制组件(50)包括至少两个偏振片(51)和第三切换装置(52)，至少两个所述偏振片(51)与所述第三切换装置(52)电连接，所述第三切换装置(52)根据所述单色光的设定波长从至少两个所述偏振片(51)选择相应的偏振片(51)。

7.根据权利要求6所述的红外脉冲激光目标模拟装置，其特征在于，所述偏振调制组件(50)还包括第三电源(53)，所述第三电源(53)与所述第三切换装置(52)电连接，所述第三电源(53)可调节由相应的所述偏振片(51)调制成的所述偏振光的发光功率。

8.根据权利要求6所述的红外脉冲激光目标模拟装置，其特征在于，所述频率调制组件(60)包括斩光片(61)和第四电源(62)，所述斩光片(61)与所述第四电源(62)电连接，所述第四电源(62)可调节所述斩光片(61)的转速。

9.根据权利要求8所述的红外脉冲激光目标模拟装置，其特征在于，所述频率调制组件(60)还包括信号发生器(63)，所述信号发生器(63)与所述第四电源(62)电连接，所述信号发生器(63)可调节所述第四电源(62)的功率。

10.根据权利要求9所述的红外脉冲激光目标模拟装置，其特征在于，所述红外脉冲激光目标模拟装置还包括控制器(70)，所述控制器(70)分别与所述红外光源组件(10)、单色仪(30)、偏振调制组件(50)和频率调制组件(60)连接，所述控制器(70)可控制所述红外光源组件(10)发出设定波段的红外光；所述控制器(70)可控制所述第二切换装置(32)选择相应的所述分光镜(31)；所述控制器(70)可控制所述第三切换装置(52)选择相应的所述偏振片(51)；所述控制器(70)可控制所述信号发生器(63)发出与所述第四电源(62)的功率相应的频率信号。