CN111897136A - 一种中红外激光动态连续衰减装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种中红外激光动态连续衰减装置，包括设置的激光光路上的连续衰减器，连续衰减器包括偏振衰减片和旋转驱动器，旋转驱动器能够带动偏振衰减片旋转调节角度，偏振衰减片与其所在的激光光路垂直，激光照射到偏振衰减片上，随着偏振衰减片角度的变化，可改变激光的透过率，当激光的偏振方向与偏振衰减片的透光方向平行时，激光的透过率最大，随着角度不断变化，激光的透过率呈连续衰减，直到激光的偏振方向与偏振衰减片的透光方向垂直时，达到最大衰减效果。本发明通过可连接调节偏振衰减片角度的连续衰减器，使激光可连续调节透过率，提高红外成像导引头的测试精度。

Description

一种中红外激光动态连续衰减装置

技术领域

本发明涉及激光领域，更进一步涉及一种中红外激光动态连续衰减装置。

背景技术

红外成像导引头通过探测目标发动机喷管、尾焰及蒙皮气动加热的红外辐射来获取导引信息，其作用距离除与目标的红外辐射强度及辐射光谱特性有关外，也与导引头的灵敏度及外在环境的气象条件有关。

在对红外成像导引头开展激光干扰半实物仿真试验时，需要对干扰红外激光进行衰减控制，以模拟导弹逼近飞行过程中的激光能量变化过程。根据初始仿真距离的不同，能量变化的动态范围较大，内场仿真试验采用的激光，需要通过衰减机构进行大动态衰减，以满足试验需求。

现有的中红外激光衰减通过固定衰减片实现，每个衰减片的衰减倍率一定，根据所需衰减量设置相应数量的衰减片，传统的衰减方式仅能实现阶跃式的衰减，无法实现连续衰减调节。

对于本领域的技术人员来说，如何实现激光连续衰减，是目前需要解决的技术问题。

发明内容

本发明提供一种中红外激光动态连续衰减装置，通过连续调节角度的偏振衰减片实现激光连续衰减，具体方案如下：

一种中红外激光动态连续衰减装置，包括设置的激光光路上的连续衰减器，所述连续衰减器包括偏振衰减片和旋转驱动器，所述旋转驱动器能够带动所述偏振衰减片旋转调节角度，所述偏振衰减片与其所在的激光光路垂直。

可选地，激光光路上排列设置至少两组所述连续衰减器，每组所述连续衰减器独立调节控制偏振衰减片的运动。

可选地，激光光路上还设置反射式固定衰减片，所述反射式固定衰减片位于所述连续衰减器的前方；

所述反射式固定衰减片与其所在的激光光路呈夹角设置，所述反射式固定衰减片能够反射部分激光至激光能量吸收池。

可选地，所述反射式固定衰减片可拆卸插装设置。

可选地，激光光路上还设置用于滤除激光频谱之外的背景红外噪声的反射式带通滤波片，所述反射式带通滤波片位于所述连续衰减器的后方。

可选地，激光光路上还包括两块光路转镜，所述光路转镜用于改变激光光路的方向。

可选地，所述连续衰减器、所述反射式固定衰减片、所述反射式带通滤波片、所述光路转镜设置在能量控制腔中；所述激光能量吸收池的散热器设置在所述能量控制腔之外。

可选地，所述反射式固定衰减片为硒化锌衬底上镀设铬镍铁合金镀膜的片状结构；

所述反射式带通滤波片为窄带镀膜。

本发明提供一种中红外激光动态连续衰减装置，包括设置的激光光路上的连续衰减器，连续衰减器包括偏振衰减片和旋转驱动器，旋转驱动器能够带动偏振衰减片旋转调节角度，偏振衰减片与其所在的激光光路垂直，激光照射到偏振衰减片上，激光是一种偏振光，偏振片对入射光具有遮蔽和透过的功能，可使纵向光或横向光一种透过，另一种遮蔽。随着偏振衰减片角度的变化，可改变激光的透过率，当激光的偏振方向与偏振衰减片的透光方向平行时，激光的透过率最大，随着角度不断变化，激光的透过率呈连续衰减，直到激光的偏振方向与偏振衰减片的透光方向垂直时，达到最大衰减效果。本发明通过可连接调节偏振衰减片角度的连续衰减器，使激光可连续调节透过率，提高红外成像导引头的测试精度。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，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为本发明提供的中红外激光动态连续衰减装置一种具体实施便的结构简图；

图2为激光通过两组连续衰减器后的衰减情况示意图。

图中包括：

连续衰减器1、反射式固定衰减片2、激光能量吸收池3、反射式带通滤波片4、光路转镜5。

具体实施方式

本发明的核心在于提供一种中红外激光动态连续衰减装置，通过连续调节角度的偏振衰减片实现激光连续衰减。

为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面将结合附图及具体的实施方式，对本发明的中红外激光动态连续衰减装置进行详细的介绍说明。

如图1所示，为本发明提供的中红外激光动态连续衰减装置一种具体实施便的结构简图，图中虚线A表示激光光路，激光沿箭头所示的方向入射和出射；本发明的中红外激光动态连续衰减装置包括设置的激光光路上的连续衰减器1，激光经过连接衰减器1进行衰减后继续传递；连续衰减器1包括偏振衰减片和旋转驱动器，旋转驱动器能够带动偏振衰减片旋转调节角度，偏振衰减片与其所在的激光光路垂直，激光经过偏振衰减片衰减后继续传播。

偏振片对入射光具有遮蔽和透过的功能，可使纵向光或横向光一种透过，一种遮蔽。激光是一种偏振光，振动方向对于传播方向的不对称性叫做偏振，光波是电磁波，光波的传播方向就是电磁波的传播方向。

本发明利用激光的偏振性，通过偏振衰减片使激光衰减，随着偏振衰减片角度的旋转变化，可改变激光的透过率，当激光的偏振方向与偏振衰减片的透光方向平行时，激光的透过率最大，对激光的衰减效果最小；随着偏振衰减片角度不断变化，激光的偏振方向与偏振衰减片的透光方向呈一定夹角，夹角越大激光衰减越明显，在偏振衰减片转动夹角增大的过程中激光的透过率呈连续衰减，直到激光的偏振方向与偏振衰减片的透光方向垂直时达到最大衰减效果。

本发明通过可连接调节偏振衰减片角度的连续衰减器，使激光可连续调节透过率，相对于传统的利用固定衰减片仅能实现阶跃分级衰减，本发明实现连续衰减调节可提高红外成像导引头的测试精度。

在上述方案的基础上，本发明在激光光路上排列设置至少两组连续衰减器1，每组连续衰减器1独立调节控制偏振衰减片的运动，两组连续衰减器1分别包含各自的偏振衰减片和旋转驱动器，旋转驱动器可采用快速响应的直流旋转伺服电机。

通过设置两组独立工作调节的连续衰减器1，一方面两组连续衰减器1叠加可扩展激光衰减的调节范围，每组连续衰减器1可实现由远及近20dB动态连续衰减变化调节，两组连续衰减器1叠加可实现40dB动态连续衰减变化调节，如图2所示，为激光通过两组连续衰减器1后的衰减情况示意图；另一方向通过两组连续衰减器1的转动配合可模拟真实条件的抖动情况；当需要模拟红外成像导引头视轴变换导致激光能量在光学入瞳处的变化时，通过靠后的连续衰减器1的快速偏转实现能量在入瞳处的快速闪变。连续衰减器1可根据需要相应设定，也可沿激光光路设置更多组。

更进一步，本发明在激光光路上还设置反射式固定衰减片2，反射式固定衰减片2位于连续衰减器1的前方；激光先通过固定衰减片2进行一定程度的衰减后再射入连续衰减器1做连续衰减调节，通过固定衰减片2增大激光衰减调节的范围。

固定衰减片2的数量和衰减倍率根据需求相应调节，图1所示设置三块固定衰减片2，可覆盖0dB～45dB能量范围的衰减覆盖。

反射式固定衰减片2与其所在的激光光路呈夹角设置，激光射入反射式固定衰减片2时，一部分透射沿激光光路继续前进，另一部分被反射，反射式固定衰减片2能够反射部分激光至激光能量吸收池3，反射光射入激光能量吸收池3，由激光能量吸收池3吸收反射的激光能量。

具体地，本发明中的反射式固定衰减片2可拆卸插装设置，根据需要灵活选择固定衰减片2的数量，方便调节。

优选地，本发明在激光光路上还设置用于滤除激光频谱之外的背景红外噪声的反射式带通滤波片4，反射式带通滤波片4位于连续衰减器1的后方。

激光从连续衰减器1射出后进入反射式带通滤波片4，通过反射式带通滤波片4将激光频谱之外的背景红外噪声过滤，将激光的宽波热辐射滤除，在激光最终出射之前进一步净化。

本发明的激光光路上还包括两块光路转镜5，光路转镜5用于改变激光光路的方向，结合图1所示，两块光路转镜5分别用于入射和出射，连续衰减器1、反射式固定衰减片2、反射式带通滤波片4设置在两块光路转镜5之间。光路转镜5可反射激光，改变激光的传播方向，通过设置两块光路转镜5保持激光的入射方向与出射方向平行，通过此结构还可起到减小装置整体尺寸的效果。

具体地，本发明的连续衰减器1、反射式固定衰减片2、反射式带通滤波片4、光路转镜5设置在能量控制腔中；激光能量吸收池3的散热器设置在能量控制腔之外，激光能量吸收池3吸收激光的能量发热后能够得到快速散发。

本发明的反射式固定衰减片2为硒化锌衬底上镀设铬镍铁合金镀膜的片状结构。通过镀膜透过率的控制，实现不同的衰减倍率，指标如下：

有效通光口径：≥10mm；衰减倍率：2dB，5dB，10dB，15dB，20dB。

偏振衰减片选用硅基底中红外线栅偏振片，偏振片指标如下：

波长范围：3～5μm

消光比：1000:1(全波长范围内)

平均透过率：85％

安装直径：φ25mm

有效通光口径：φ19mm

厚度：5.8mm

偏振式衰减的衰减倍率计算公式为：

式中：

B：衰减倍率(单位dB)；

θ：偏转角度。

依据器件指标，该偏振片的最大消光比为1000:1，理论上利用该偏振片可实现30dB的动态衰减，实际应用中，单一衰减片能够实现20dB的动态衰减，采用两路中红外线栅偏振片可以满足40dB衰减的动态范围。

反射式带通滤波片4为窄带镀膜。

仿真试验中，系统以10ms的周期控制计算接近，则在以1km/s的速度在1km距离位置附近时，衰减变换速率≤8.8dB/s。

在0°时，同样衰减变换倍率，则偏振角变换速率最大。本系统达到最大衰减变换速率≤8.8dB/s时，在不同起始位置上所应达到的偏转角速率如下：

由上表可知，完成快速衰减变换需求，极限情况下直流旋转伺服电机最大转速不能低于814°/s。

根据电机基础参数，衰减系统动态控制能够满足在1000m距离位置，目标以1000m/s速度接近时，激光的衰减变化速率要求；双电机衰减同步控制，可以确保功能需求中对于视轴偏转带来的入射光变化的相应需求。

结合图1所示，采用本发明中红外激光动态连续衰减装置使激光的衰减过程如下：激光从激光器头部发出后，经过第一个光路转镜5后偏转90度，导入能量控制腔，经过三级反射式固定衰减片2实现能量固定衰减，三级反射式固定衰减片2可均匀覆盖0dB～45dB能量范围，由三级反射式固定衰减片2反射的激光能量被激光能量吸收池3吸收，并向外界散发；连续衰减器1采用快速响应的直流旋转伺服电机驱动偏振衰减片，激光通过每个偏振衰减片时能量实现由远及近20dB衰减变化过程；两个连续衰减器1配合随动调节，可模拟红外成像导引头视轴变换导致激光能量在光学入瞳处的快速闪变；激光出射前由反射式带通滤波片4滤除激光频谱之外的背景红外噪声；最终经过另一个光路转镜5反射使激光偏转90后出射。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理，可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (8)

1.一种中红外激光动态连续衰减装置，其特征在于，包括设置的激光光路上的连续衰减器(1)，所述连续衰减器(1)包括偏振衰减片和旋转驱动器，所述旋转驱动器能够带动所述偏振衰减片旋转调节角度，所述偏振衰减片与其所在的激光光路垂直。

2.根据权利要求1所述的中红外激光动态连续衰减装置，其特征在于，激光光路上排列设置至少两组所述连续衰减器(1)，每组所述连续衰减器(1)独立调节控制偏振衰减片的运动。

3.根据权利要求2所述的中红外激光动态连续衰减装置，其特征在于，激光光路上还设置反射式固定衰减片(2)，所述反射式固定衰减片(2)位于所述连续衰减器(1)的前方；

所述反射式固定衰减片(2)与其所在的激光光路呈夹角设置，所述反射式固定衰减片(2)能够反射部分激光至激光能量吸收池(3)。

4.根据权利要求3所述的中红外激光动态连续衰减装置，其特征在于，所述反射式固定衰减片(2)可拆卸插装设置。

5.根据权利要求3所述的中红外激光动态连续衰减装置，其特征在于，激光光路上还设置用于滤除激光频谱之外的背景红外噪声的反射式带通滤波片(4)，所述反射式带通滤波片(4)位于所述连续衰减器(1)的后方。

6.根据权利要求5所述的中红外激光动态连续衰减装置，其特征在于，激光光路上还包括两块光路转镜(5)，所述光路转镜(5)用于改变激光光路的方向。

7.根据权利要求6所述的中红外激光动态连续衰减装置，其特征在于，所述连续衰减器(1)、所述反射式固定衰减片(2)、所述反射式带通滤波片(4)、所述光路转镜(5)设置在能量控制腔中；所述激光能量吸收池(3)的散热器设置在所述能量控制腔之外。

8.根据权利要求6所述的中红外激光动态连续衰减装置，其特征在于，所述反射式固定衰减片(2)为硒化锌衬底上镀设铬镍铁合金镀膜的片状结构；

所述反射式带通滤波片(4)为窄带镀膜。

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