CN110221450A - 一种多孔径空间合成激光可分视场并连续可调的装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及激光技术领域，公开了一种多孔径空间合成激光可分视场并连续可调的装置。包括光楔、光楔转动环、光楔环安装套、多孔径光学安装座，光楔中心具有孔，光楔套接光楔转动环的内部，套接了光楔的两个光楔转动环套接在光楔环安装套内部形成光楔环装配合成体，在光楔环安装套的侧壁设置用于拨动光楔转动环的通孔，所述多孔径光学安装座具有一个中心安装孔径，在中心孔径周边均匀分布了偶数个安装孔径，每一个安装孔径装配一个光楔环装配合成体。该装置对平行度很高的激光实现连续可调的角度偏转，得到一个连续可变得成像视场；同时该装置可以用在多光路空间非相干或者相干合成的高能量激光器、激光加工设备、激光远程瞄准系统，适用范围广。

Description

一种多孔径空间合成激光可分视场并连续可调的装置

技术领域

本发明涉及激光技术领域，特别是一种多孔径空间合成激光可分视场并连续可调的装置。

背景技术

自从激光问世以来，激光技术的发展可谓空前盛况，激光的领域也涉及到方方面面。但是，随着国防事业和科技制造工业化的发展，高功率的激光则成为了发展的需要，因此通过不同方法合成的高功率激光器或者高能量脉冲激光器则成为了当下研究的热点。多光路激光有空间相干合成、空间非相干合成、光谱合成等方式。通过空间合成对于获得高光束质量、高功率输出的激光器是最简单、实用的方法。基于空间合成，大型激光装置包括激光对抗机、光束聚变、光学加工仪器等都需要将多光路合成的激光经过瞄准系统，再经发射天线发射激光聚焦在目标上，对目标进行打击、焊接或者进行强激光下的物理实验。但是，对于合成后光斑的平行度检测、光斑的分布位置和远场的合成效果则没有一个可调控的装置，特别对于光束质量好的激光，它的平行性非常好，因此经过光学系统检测成像后只能看到远场聚焦的光斑，却没有聚焦前光斑的位置分布和平行度检测，没有入射光学成像系统的视场角度，也就没有精确的反馈信号来实现高精度的调制手段。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：针对上述存在的问题，提供了一种多孔径空间合成激光可分视场并连续可调的装置，该可分视场并连续可调的装置配合成像系统，可以实时在线检测输出光束的平行度、光斑远场聚焦的位置分布、聚焦的效果和调制需要的反馈信号。

本发明采用的技术方案如下：一种多孔径空间合成激可分视场并连续可调光的装置，包括光楔、光楔转动环、光楔环安装套、多孔径光学安装座，所述光楔中心具有孔，所述光楔套接光楔转动环的内部，套接了光楔的两个光楔转动环套接在光楔环安装套内部形成光楔环装配合成体，在光楔环安装套的侧壁设置用于拨动光楔转动环的通孔，所述多孔径光学安装座具有一个中心安装孔径，在中心孔径周边均匀分布了偶数个安装孔径，每一个安装孔径装配一个光楔环装配合成体。

进一步的，所述光楔和光楔转动环通过螺钉固定。

进一步的，所述螺钉的深度小于光楔转动环上螺纹孔的深度。

进一步的，所述光楔转动环上分布了凹槽，用于配合工装实现拨动。

进一步的，所述光楔环安装套设置螺纹孔，所述螺纹孔配合紧定螺钉对光楔转动环进行固定。

进一步的，所述紧定螺钉深度小于光楔环安装套上螺纹孔的深度，便于后续和共轴多孔径光学安装座的配合安装。

进一步的，所述两个光楔转动环对称分布在光楔环安装套的两侧。

进一步的，所述光楔环安装套通过螺钉固定在多孔径光学安装座上。

进一步的，所述光楔的材料选择不利于输出激光光谱吸收的玻璃材料，光楔的表面镀光学增透膜。

进一步的，所述中心安装孔径周边均匀分布了6个安装孔径。

与现有技术相比，采用上述技术方案的有益效果为：

1)该多孔径空间合成激光可分视场并连续可调的装置，在共轴的多孔径光学安装座上，每个孔径安装一个光楔环装配合成体，光楔环装配合成体具有可转动的双光楔结构，可以对平行度很高的激光实现连续可调的角度偏转，得到一个连续可变得成像视场。

2)将该装置和光学成像系统配合使用，可以实现多个孔径在空间合成后的激光进行在线检测；既可以检测多光束经过聚焦后的光斑，又可以检测光束在聚焦前的空间分布位置，从而得到光束在环境或者其他条件下，光束的不平行性；同时，可以对检测后的光斑进行在线调控，调控信号和反馈信号则可以实现光束矫正的闭环控制。

3)该多孔径空间合成激光可分视场并连续可调的装置，可以用在多光路空间非相干或者相干合成的高能量激光器、激光加工设备、激光远程瞄准系统，适用范围广。

附图说明

图1是本发明多孔径空间合成激光的装置的一个实施例结构装配图。图中1.中心光楔环安装套，2.右下方光楔环安装套，3.右上光楔环安装套，4.左侧光楔环安装套，5.多孔径空间合成激光的装置。

图2是本发明光学环安装套的一个实施例立体装配图。图中21.光楔环，22.光楔，23.光楔环，24.光楔，25.光学安装套的紧定螺钉孔，26.光楔安装套，27.光楔环装配合成体。

图3是光楔转动环的剖视图。图中31.紧定螺纹孔，32.光楔转动环的转动孔。

图4是光楔安装套的剖视图。图中41.光楔安装套，42.光楔安装套件的侧壁紧定螺钉孔，43.凹型的U型槽。

图5是多孔径分视场的装置和光学成像系统的分布图。图中51.光学成像系统，52.多孔径分视场装置。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步描述。

一种多孔径空间合成高能激光可分视场并连续可调的装置，如图1所示，包括共轴多孔径光学安装座5，所述多孔径光学安装座具有一个中心安装孔径(光楔环装配合成体1对应的孔径)，在中心孔径周边均匀分布了6个安装孔径，6个安装孔径的连线为以中心孔径为中心点的六边形，每一个安装孔径装配一个光楔环装配合成体，光楔环装配合成体2对应的安装孔径位于中心右下方，光楔环装配合成体3对应的安装孔径位于中心右上方，光楔环装配合成体4对应的安装孔径位于中心左侧。

其中，光楔环装配合成体：该结构包括两个光楔21、23、光楔转动环22、24，光楔环安装套26，所述的光楔首先配合套接于光楔转动环的内部，再将光楔转动环套接在光楔环安装套内部。光楔和光学转动环结构件的配合公差要小，以防在固定光学转动环的时候容易倾斜。如图2所示：最后光楔环装配合成体27的结构件通过光楔21、光楔转动环22和光楔23、光楔转动环24组成双光楔对称分布在光楔环安装套26结构件的两边(双光楔对的平面对应光楔转动环的结构平面，斜面则朝向外)光楔环安装套26结构件中间有安装配合的卡槽，安装的光楔转动环22、24在光楔环安装套26侧壁通过紧定螺钉进行固定，固定的位置为图4中局部剖视图中的紧定螺纹孔42(图2中的紧定螺钉孔25)。所述光楔环装配合成体27结构装配件从局部剖视图可以看到在圆光楔的侧壁有分布在转动环的空洞，空洞的上方在光楔环安装套26的套壁有一个凹型的U型槽43(用于拨动光楔转动环的空洞)，当通过小的工装穿过U型槽去拨动小的空洞(即图3中光楔安装环的转动孔32)时可以实现光楔转动环(光楔环内的光楔和光楔环通过螺钉与图3中的紧定螺纹孔31配合实现固定)在光楔环安装套内的旋转。当旋转到合适的角度，可以通过光楔环安装套的侧壁紧定螺钉进行固定，螺钉固定的位置为图四局部剖视图中的紧定螺纹孔42。

光楔需要选用对应激光光谱吸收较小、材料均匀性好的玻璃，在光楔的表面需要镀光学增透膜，以保证入射的激光没有杂散光，如果输出的激光是不可见的，需要指示光，光楔表面还需要镀相应指示波段的增透膜，镀膜的透过率不做要求，可以低于输出激光所需要的透过率。光楔的楔角不超过探测器和光学系统所设计的视场范围。

所述的光楔由于不同位置分布就可以实现一个从零度到几度的光束偏转，不同的旋转角度也可以改变光束在光轴上下的移动和转换。由几何光学可知：不同光楔的旋转则出射光的角度分布为：其中为光楔的楔角；为光楔的旋转角；δ为光束经过光楔后的偏向角。

所述的光楔按如图2安装后，再分别按照图1中多应的7光路安装环安装套装配。所述的共轴多孔径光学安装座，需要将7个光楔环装配合成体进行螺钉固定。

本发明所实现的成像分光技术手段为：

从七个激光器出来的光经过空间带有偏转调制的反射镜分光后，再经过镀膜高反射率的大的反射镜输出，输出的光在经过反射天线进行发射。所述的7个空间分布的光束在镀膜高反射率大的反射镜反射后，因镀膜要求会有不同的要求，任然会有适量的光透过大的反射镜，透过的7个光束则经过上述所设计发明的可分视场并连续可调的装置，如图5所示，从可分视场并连续可调的装置52出射的光线进入后面的成像系统51，则得以在后面的成像系统51中实现成像。

所述可分视场并连续可调的装置，其实现在线监测的过程是，光楔的中间是打孔的，一束合成的单光束经过中空的光楔，则可以分成两个光束，一个是平行的不带有偏转角度的光束，一个是通过连续旋转双光楔可以得到的偏转角，这两个光束经过光学成像探测器后，在成像靶面上出现两个光斑，一个代表平行的激光经过成像系统聚焦的中心光斑，一个代表经过视场后光斑分布在轴外的光斑；一个象征了经过光学天线聚焦后的光斑分布状态，一个代表了在没有经过成像系统前也就是没有经过光学发射天线前的光斑分布状态。所述可分视场并连续可调的装置，在经过7个光楔环装配合成体27后，就可以得到十四个光斑，其中7个光斑在中心是重合的，因为7个光束在进入到光学成像系统前，经过中空的光楔是没有视场的，没有视场的光经过光学成像系统后会聚在成像靶面的中心。

所述可分视场并连续可调的装置，需要注意的是在共轴多孔径光学安装座的中心光楔对中，由于该成像对在成像系统的光轴上，因此对于此光束则需要调制双光楔中两个光楔对使其成为等效的平行平板的状态，也就是一对光楔的一个光楔的薄的一边对应另一个光楔厚的一边。

所述的成像光斑通过成像靶面就可以实现7个光斑，7个光斑的分布状态和图1共轴多孔径光学安装座的7个光楔环安装套的分布很相似。其中相似的部分是成像靶面轴外的7个光斑代表着经激光器出来后的7个平行光束，不同的是中间的光斑则还代表了经过光学发射天线后的聚焦光斑。在成像系统画面显示的光斑前提下，实现了对双光楔角度的微调。

所述的成像光斑的移动或抖动，都可以通过在探测器上分布的光斑位置，光斑偏离像素值来计算并得到一个光学调控信号，经过光学调控信号的光斑则反馈给具有偏转功能的反射镜，反射镜接受来自成像系统光斑的位置信号，压电陶瓷反射镜或者三维转动电机接受到纵径向定位弧度，通过偏转反射镜使得激光通过可分视场的装置，再通过光学成像系统51，定位成像在探测器上，从而达到图像在线成像、调制器、反射镜偏转实现实时闭环的状态。

本发明并不局限于前述的具体实施方式。本发明扩展到任何在本说明书中披露的新特征或任何新的组合，以及披露的任一新的方法或过程的步骤或任何新的组合。如果本领域技术人员，在不脱离本发明的精神所做的非实质性改变或改进，都应该属于本发明权利要求保护的范围。

Claims (10)

1.一种多孔径空间合成激可分视场并连续可调光的装置，其特征在于，包括光楔、光楔转动环、光楔环安装套、多孔径光学安装座，所述光楔中心具有孔，所述光楔套接光楔转动环的内部，套接了光楔的两个光楔转动环套接在光楔环安装套内部形成光楔环装配合成体，在光楔环安装套的侧壁设置用于拨动光楔转动环的通孔，所述多孔径光学安装座具有一个中心安装孔径，在中心孔径周边均匀分布了偶数个安装孔径，每一个安装孔径装配一个光楔环装配合成体。

2.如权利要求1所述的多孔径空间合成激可分视场并连续可调光的装置，其特征在于，所述光楔和光楔转动环通过螺钉固定。

3.如权利要求2所述的多孔径空间合成激可分视场并连续可调光的装置，其特征在于，所述螺钉的深度小于光楔转动环上螺纹孔的深度。

4.如权利要求1所述的多孔径空间合成激可分视场并连续可调光的装置，其特征在于，所述光楔转动环上分布了凹槽，用于配合工装实现拨动。

5.如权利要求1所述的多孔径空间合成激可分视场并连续可调光的装置，其特征在于，所述光楔环安装套设置螺纹孔，所述螺纹孔配合紧定螺钉对光楔转动环进行固定。

6.如权利要求5所述的多孔径空间合成激可分视场并连续可调光的装置，其特征在于，所述紧定螺钉深度小于光楔环安装套上螺纹孔的深度。

7.如权利要求1所述的多孔径空间合成激可分视场并连续可调光的装置，其特征在于，所述两个光楔转动环对称分布在光楔环安装套的两侧。

8.如权利要求1所述的多孔径空间合成激可分视场并连续可调光的装置，其特征在于，所述光楔环安装套通过螺钉固定在多孔径光学安装座上。

9.如权利要求1所述的多孔径空间合成激可分视场并连续可调光的装置，其特征在于，所述光楔的材料选择不利于输出激光光谱吸收的玻璃材料，光楔的表面镀光学增透膜。

10.如权利要求1所述的多孔径空间合成激可分视场并连续可调光的装置，其特征在于，所述中心安装孔径周边均匀分布了6个安装孔径。