CN110411283A - 一种基于双自聚焦透镜结构的光学窗口 - Google Patents

Abstract

本发明属于激光火工品领域，特别是一种基于双自聚焦透镜结构的光学窗口。包括点火激光器，检测激光器，光开关，光电探测器，第一自聚焦透镜，第二自聚焦透镜和蓝宝石透窗；点火激光器，检测激光器分别通过点火输入光纤和检测输入光纤与光开关连接，光开关通过点火光纤与第一自聚焦透镜连接，光电探测器通过检测光纤与第一自聚焦透镜连接，第一自聚焦透镜后依次放置第二自聚焦透镜和蓝宝石透窗，且第一自聚焦透镜、第二自聚焦透镜和蓝宝石透窗光轴同轴。本申请的光学窗口克服了目前激光火工品光学窗口的技术缺陷，避免降低激光辐射功率密度，保证一定比例的检测光进入检测光纤，提高各个火工品反射率的一致性，提高光学窗口耐膛压的能力。

Description

一种基于双自聚焦透镜结构的光学窗口

技术领域

本发明属于激光火工品领域，特别是一种基于双自聚焦透镜结构的光学窗口。

背景技术

激光点火/起爆系统中，激光将能量通过光纤传输到换能元点火药剂的表面，从而将火工品点火或起爆。激光点火起爆系统要求对整个光路系统的连续性进行检测，因此需要一种激光火工品光学窗口部分将部分检测光的入射光反射到检测光纤，通过光电转换定量检测从光学窗口反射进入检测光纤的检测光的光功率，从而判断整个光路系统的连续性。

传统的激光火工品光学窗口是位于点火药剂与点火光纤之间的圆形平板玻璃，主要作用是对药剂进行密封，并将一部分检测光反射到检测光纤中。这种光学窗口结构简单但存在较多缺点：对激光存在发散角，激光通过光学窗口后，光斑面积增大，功率密度大大下降，进而导致成功点火需要较大的激光器点火阈值功率和点火可靠性裕度降低。而且该结构不利于光路系统的自检，即在这种结构中，各个火工品的反射率随机性很大，导致难以制定光路连续性检测的定量判据。点火时，点火器内药剂产生的膛压较高，对于自聚焦结构的光学窗口容易造成损坏或冲碎，造成膛压下降甚至点火失败，并且可能对前端的光学器件及光纤造成损伤或破坏。

发明内容

本发明所解决的技术问题在于提供一种基于双自聚焦透镜结构的光学窗口。

实现本发明目的的技术解决方案为：

一种基于双自聚焦透镜结构的光学窗口，包括点火激光器，检测激光器，光开关，光电探测器，第一自聚焦透镜，第二自聚焦透镜和蓝宝石透窗；

所述点火激光器，检测激光器分别通过点火输入光纤和检测输入光纤与光开关连接，所述光开关通过点火光纤与第一自聚焦透镜连接，所述光电探测器通过检测光纤与第一自聚焦透镜连接，所述第一自聚焦透镜后依次放置第二自聚焦透镜和蓝宝石透窗，且所述第一自聚焦透镜、第二自聚焦透镜和蓝宝石透窗光轴同轴。

进一步的，所述第一自聚焦透镜与第二自聚焦透镜之间设置有空隙。

进一步的，所述空隙的长度为L，其中0＜L≤0.2mm。

进一步的，所述第一自聚焦透镜的长度为0.23～0.25P，所述第二自聚焦透镜的长度为0.16～0.23P，其中P为自聚焦透镜的周期。

进一步的，所述蓝宝石透窗厚度为1～2mm，其与药剂接触。

进一步的，所述第一自聚焦透镜的后表面镀有分色膜，所述分色膜对检测激光进行高反射，对点火激光进行高透过。

进一步的，所述分色膜对750～900nm波长激光高透过率，对550～680nm波长激光高反射率。

进一步的，所述点火光纤和检测光纤纤芯直径相等，点火光纤和检测光纤同轴耦合，封装成耦合光纤，耦合光纤的纤芯对称点与第一自聚焦透镜、第二自聚焦透镜(12)、蓝宝石透窗的光轴同轴。

进一步的，所述点火光纤和检测光纤纤芯直径为100-110μm。

本发明与现有技术相比，其显著优点如下：

(1)在双自聚焦透镜结构的基础上增加蓝宝石组成的光学窗口，提高了光学窗口在使用过程中承受高温和高膛压的能力，能够有效的保护光纤。

(2)降低了检测光反射的随机性，提高了检测光的接收率，便于实现检测光的定量检测进而保证了自检系统的作用可靠性。

附图说明

图1本发明基于双自聚焦透镜结构的光学窗口的结构图。

图2本发明基于双自聚焦透镜结构的光学窗口耦合光纤截面示意图。

图3本发明基于双自聚焦透镜结构的光学窗口点火激光光线轨迹图。

图4本发明基于双自聚焦透镜结构的光学窗口检测激光光线轨迹图。

附图标记说明：

1-点火激光器，2-检测激光器，3-点火输入光纤，4-检测输入光纤，5-光开关，6-点火光纤，7-检测光纤，8-耦合光纤，9-光电探测器，10-点火器，11-第一自聚焦透镜，12-第二自聚焦透镜，13-蓝宝石透窗，14-点火药剂。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明做进一步详细解释说明。

如图1所示，基于双自聚焦透镜结构的耐压型光学窗口，该窗口包括：点火激光器1、检测激光器2、点火输入光纤3、检测输入光纤4、光开关5、点火光纤6、检测光纤7、光电探测器9，该窗口还包括：第一自聚焦透镜11、第二自聚焦透镜12和蓝宝石透窗13；所述点火激光器1通过点火输入光纤3与光开关5连接；所述检测激光器2通过检测输入光纤4与光开关5连接；所述光开关5通过点火光纤6与第一自聚焦透镜11连接；所述光电探测器9通过检测光纤7与第一自聚焦透镜11连接；所述第一自聚焦透镜11、第二自聚焦透镜12和蓝宝石透窗13并排放置且光轴同轴。

本实施例中，点火激光器1的波长为808nm，检测激光器2的波长为638nm，808nm波长的激光器功率较高，能够点燃或起爆含能材料，638nm波长的激光属于可见光范围，并且其功率较低，不会对含能材料产生影响，因此选用808nm作为点火激光、638nm作为检测激光。波长为808nm的激光用于引爆激光火工品10中的点火药剂14，波长为638nm的激光用于光路系统的检测。首先，检测激光通过检测输入光纤4传输到光开关5中，然后再通过点火光纤6传输，检测激光通过第一自聚焦透镜11，第一自聚焦透镜11后端面镀一层对750～900nm波长激光高透过率对550～680nm波长激光高反射率的分色膜，经第一自聚焦透镜11的后表面反射，反射出第一自聚焦透镜11，通过检测光纤7进入光电探测器9中。点火激光通过点火输入光纤3传输到光开关5中，然后再通过点火光纤6传输，点火激光通过第一自聚焦透镜11、第二自聚焦透镜12和蓝宝石透窗13，引爆激光火工品10中的点火药剂14，第一自聚焦透镜11的长度为0.23～0.25P，其中P为自聚焦透镜的周期，不同波长激光的自聚焦透镜周期不同，此透镜的长度能达到对638nm激光准直的效果，第二自聚焦透镜12的长度为0.16～0.23P，蓝宝石透窗13的厚度为1～2mm，第一自聚焦透镜11与第二自聚焦透镜12之间的空隙长度0～0.2mm，第二自聚焦透镜与蓝宝石透窗达到对点火激光聚焦的效果。第二自聚焦透镜12与蓝宝石透窗13之间贴合。耦合光纤8的中心15与第一自聚焦透镜11、第二自聚焦透镜12和蓝宝石透窗13的光轴同轴，根据自聚焦透镜的成像原理，当入射光是偏心入射时，经过第一自聚焦透镜11、第二自聚焦透镜12和蓝宝石透窗13后，得到的光斑尺寸与入射光斑尺寸相差不大，激光功率密度下降程度较小，不会造成激光功率密度的量级损失，当入射激光功率密度相等时，保证照射到点火药剂14表面的激光功率密度不减小。

该光学窗口克服了目前激光火工品光学窗口的技术缺陷，既能避免降低激光辐射功率密度，保证一定比例的检测光进入检测光纤，提高各个火工品反射率的一致性，又能提高光学窗口耐膛压的能力。

Claims (9)

1.一种基于双自聚焦透镜结构的光学窗口，其特征在于，包括点火激光器(1)，检测激光器(2)，光开关(5)，光电探测器(9)，第一自聚焦透镜(11)，第二自聚焦透镜(12)和蓝宝石透窗(13)；

所述点火激光器(1)，检测激光器(2)分别通过点火输入光纤(3)和检测输入光纤(4)与光开关(5)连接，所述光开关(5)通过点火光纤(6)与第一自聚焦透镜(11)连接，所述光电探测器(9)通过检测光纤(7)与第一自聚焦透镜(11)连接，所述第一自聚焦透镜(11)后依次放置第二自聚焦透镜(12)和蓝宝石透窗(13)，且所述第一自聚焦透镜(11)、第二自聚焦透镜(12)和蓝宝石透窗(13)光轴同轴。

2.根据权利要求1所述的光学窗口，其特征在于，所述第一自聚焦透镜(11)与第二自聚焦透镜(12)之间设置有空隙。

3.根据权利要求2所述的光学窗口，其特征在于，所述空隙的长度为L，其中0＜L≤0.2mm。

4.根据权利要求1所述的光学窗口，其特征在于，所述第一自聚焦透镜(11)的长度为0.23～0.25P，所述第二自聚焦透镜(12)的长度为0.16～0.23P，其中P为自聚焦透镜的周期。

5.根据权利要求4所述的光学窗口，其特征在于，所述蓝宝石透窗(13)厚度为1～2mm，其与药剂(14)接触。

6.根据权利要求1所述的光学窗口，其特征在于，所述第一自聚焦透镜(11)的后表面镀有分色膜，所述分色膜对检测激光进行高反射，对点火激光进行高透过。

7.根据权利要求6所述的光学窗口，其特征在于，所述分色膜对750～900nm波长激光高透过率，对550～680nm波长激光高反射率。

8.根据权利要求1所述的光学窗口，其特征在于，所述点火光纤(6)和检测光纤(7)纤芯直径相等，点火光纤(6)和检测光纤(7)同轴耦合，封装成耦合光纤(8)，耦合光纤(8)的纤芯对称点与第一自聚焦透镜(11)、第二自聚焦透镜(12)、蓝宝石透窗(13)的光轴同轴。

9.根据权利要求8所述的光学窗口，其特征在于，所述点火光纤(6)和检测光纤(7)纤芯直径为100-110μm。