CN114136443A - 一种用于激光告警的宽波段对称性闪耀光栅结构 - Google Patents

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Abstract

本发明属于闪耀光栅分光技术领域，具体涉及一种用于激光告警的宽波段对称性闪耀光栅结构，包括视场压缩系统、宽波段对称性闪耀光栅、透镜、面阵探测器和测量和数据处理电路，所述视场压缩系统的一侧沿激光的光路方向依次设置有宽波段对称性闪耀光栅、透镜、面阵探测器和测量和数据处理电路。本发明突破传统激光告警的瓶颈，采用了宽波段对称性闪耀光栅，有效解决了传统黑白闪耀光栅能量损失严重，0级强度较弱、+1级光谱强度过高以及±1级衍射效率不对称等问题。

Description

一种用于激光告警的宽波段对称性闪耀光栅结构
技术领域
本发明属于闪耀光栅分光技术领域，具体涉及一种用于激光告警的宽波段对称性闪耀光栅结构。
背景技术
随着各国激光武器的迅猛发展，这些激光武器对我军的重要战略设施造成了严重的威胁，因此发展能够测量来犯激光的方位角、俯仰角以及波长的激光告警系统就显得尤为重要。激光告警系统中需要应用光学衍射理论以及闪耀光栅的分光原理来进行激光的相关参数的测量，其中衍射所用的光栅是激光告警系统的核心部件。现阶段的激光告警系统多采用平面光栅，平面光栅相对而言造价低廉，工艺相对简单，但衍射能量主要集中在0级光谱中，而对测算激光的相关参数十分重要的±1级光谱有较大的减弱，会造成最终的测算结果存在一些误差，因而具有一定的缺陷；也有一些激光告警系统中采用的黑白闪耀光栅，黑白闪耀光栅对-1级和0级的衍射强度有较大减弱，能量损失过大，会导致的激光告警系统中俯仰角和方位角的测算错误；同时得到的衍射图像中存在高级次衍射，会导致后续测量出现严重的误差。
发明内容
针对上述的技术问题，本发明提供了一种±1级衍射效率高、0级强度高、±1级衍射对称的用于激光告警的宽波段对称性闪耀光栅结构。
为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：
一种用于激光告警的宽波段对称性闪耀光栅结构，包括视场压缩系统、宽波段对称性闪耀光栅、透镜、面阵探测器、测量和数据处理电路，所述视场压缩系统的一侧沿激光的光路方向依次设置有宽波段对称性闪耀光栅、透镜、面阵探测器、测量和数据处理电路，所述宽波段对称性闪耀光栅保证光经过光栅衍射后能量主要集中在0级和±1级，削弱高级次衍射对激光告警角度、波长测量的影响，且+1和-1级光斑衍射效率对称，有利于全视场角下激光告警波长测量精度。
所述宽波段对称性闪耀光栅采用Ⅰ型宽波段对称性闪耀光栅或Ⅱ型宽波段对称性闪耀光栅。
所述Ⅰ型宽波段对称性闪耀光栅采用等腰闪耀光栅削去顶部的尖角所得到的光栅，所述Ⅱ型宽波段对称性闪耀光栅采用等腰闪耀光栅中间加入若干平面所得到的光栅，所述Ⅰ型宽波段对称性闪耀光栅、Ⅱ型宽波段对称性闪耀光栅均能确保全波段0级衍射效率最高。
本发明与现有技术相比，具有的有益效果是：
本发明提供的是用于激光告警的宽波段对称性闪耀光栅的设计。其分为两种宽波段对称性闪耀光栅，一是Ⅰ型宽波段对称性闪耀光栅，通过改进等腰闪耀光栅来保证+1级和-1级的衍射光强相同并且对称，同时部分激光将不经过衍射直接通过，并且提高了0级的强度。二是Ⅱ型宽波段对称性闪耀光栅，通过等腰闪耀光栅中留有空隙，用来保证0级的光强，通过等腰闪耀光栅的对称性来保证±1级光斑的对称性。相比较于现有技术，本发明突破传统激光告警的瓶颈，采用了宽波段对称性闪耀光栅，有效解决了传统黑白闪耀光栅能量损失严重，0级强度较弱、+1级光谱强度过高以及±1级衍射效率不对称等问题。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明Ⅰ型宽波段对称性闪耀光栅结构示意图；
图3为本发明Ⅱ型宽波段对称性闪耀光栅结构示意图；
图4为本发明宽波段对称性闪耀光栅衍射光路及强度分布示意图；
图5为本发明的激光方向图。
其中：1为视场压缩系统，2为宽波段对称性闪耀光栅，3为透镜，4为面阵探测器和测量，5为数据处理电路，201为Ⅰ型宽波段对称性闪耀光栅，202为Ⅱ型宽波段对称性闪耀光栅。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
一种用于激光告警的宽波段对称性闪耀光栅结构，如图1所示，包括视场压缩系统1、宽波段对称性闪耀光栅2、透镜3、面阵探测器4、测量和数据处理电路5，视场压缩系统1的一侧沿激光的光路方向依次设置有宽波段对称性闪耀光栅2、透镜3、面阵探测器4、测量和数据处理电路5。
进一步，优选的，宽波段对称性闪耀光栅2采用Ⅰ型宽波段对称性闪耀光栅201或Ⅱ型宽波段对称性闪耀光栅202。
进一步，如图2所示，Ⅰ型宽波段对称性闪耀光栅201采用等腰闪耀光栅削去顶部的尖角所得到的光栅，Ⅰ型宽波段对称性闪耀光栅201将衍射后的能量集中在0级和±1级上。并且，由于Ⅰ型宽波段对称性闪耀光栅201结构是对称的，可以保证+1级和-1级的光谱强度相同。同时，削去顶部的尖角所得到的梯形的顶部是一个平面，激光将不经过衍射直接通过，保证全波段0级衍射效率最高，这样有利于在面阵探测器上区分0级和±1级的光斑，为正确采集数据以及后续的数据处理奠定了良好的基础。
进一步，如图3所示，Ⅱ型宽波段对称性闪耀光栅202将衍射后的能量集中在0级和±1级上，Ⅱ型宽波段对称性闪耀光栅202采用等腰闪耀光栅中间加入若干平面的结构，具有很好的对称性，故而可以保证+1级和-1级的光斑对称；Ⅱ型宽波段对称性闪耀光栅202中的多个小的平面可以保证激光不经过衍射直接通过，保证全波段0级衍射效率最高，这样有利于区分衍射后得到的0级和±1级的光斑，为后续处理提供便利。
一种用于激光告警的宽波段对称性闪耀光栅结构的测算方法，包括下列步骤：
本实例提出了用于激光告警的宽波段对称性闪耀光栅的设计，被测激光的方向如图5所示，被测激光设为OB，OB1为OB在xOz面的投影，且与z轴的夹角为α，即入射角；OB2为OB在yOz面的投影，且与z轴的夹角为γ，即俯仰角。来袭激光经过视场压缩系统1，设压缩比为c，再分别进入Ⅰ型改进对称性闪耀光栅和Ⅱ型改进对称性闪耀光栅，经过衍射后得到0级和±1级光谱，然后再面阵探测器上得到光斑，最后进入测量和数据处理电路。
S1、设入射激光波长为λ，入射激光对宽波段对称性闪耀光栅的入射角为α，俯仰角为γ，衍射得到的0级光谱位置x0，+1级光谱位置x+1，-1级光谱位置x-1；其中，已知宽波段对称性闪耀光栅的光栅常数为d，宽波段对称性闪耀光栅的闪耀角为θ，透镜组的焦距为f，则得出：
0级衍射角等于入射角α，±1级衍射角β+1、β-1分别满足下式：
Figure BDA0003370144370000041
Figure BDA0003370144370000042
S2、面阵探测器置于焦距为f的透镜焦面处，采集衍射后的图像用于后续数据处理，其0、+1、-1级衍射的位置为：
Figure BDA0003370144370000051
S3、通过S1、S2求出入射角α，则俯仰角γ以及波长λ为：
Figure BDA0003370144370000052
进而求出俯仰角γ和波长λ。
本发明的工作流程为：当激光通过视场压缩系统1后打到宽波段对称性闪耀光栅2上进行衍射时，此处的宽波段对称性闪耀光栅2可以分别使用Ⅰ型宽波段对称性闪耀光栅201或Ⅱ型宽波段对称性闪耀光栅202。Ⅰ型宽波段对称性闪耀光栅201等效为等腰闪耀光栅削去顶部的尖角所得到的光栅。首先，Ⅰ型宽波段对称性闪耀光栅201能够保证衍射后的能量集中在0级和±1级上。并且，由于等腰对称性闪耀光栅削去顶部的尖角所得到的梯形仍然是对称的，可以保证+1级和-1级的光谱强度相同。同时，削去顶部的尖角所得到的梯形的顶部是一个平面，激光将不经过衍射直接通过，保证全波段0级衍射效率最高，这样有利于在面阵探测器上区分0级和±1级的光斑，为正确采集数据以及后续的数据处理奠定了良好的基础。Ⅱ型宽波段对称性闪耀光栅202等效为等腰闪耀光栅中间加入若干平面。首先，Ⅱ型宽波段对称性闪耀光栅202能够保证衍射后的能量集中在0级和±1级上。由于Ⅱ型宽波段对称性闪耀光栅202具有很好的对称性，故而可以保证+1级和-1级的光斑对称；并且光栅中的多个小的平面可以保证激光不经过衍射直接通过，进而能够提高0级的强度，保证全波段0级衍射效率最高，这样有利于区分衍射后得到的0级和±1级的光斑，为后续处理提供便利。
上面仅对本发明的较佳实施例作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施例，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化，各种变化均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种用于激光告警的宽波段对称性闪耀光栅结构，其特征在于：包括视场压缩系统(1)、宽波段对称性闪耀光栅(2)、透镜(3)、面阵探测器(4)、测量和数据处理电路(5)，所述视场压缩系统(1)的一侧沿激光的光路方向依次设置有宽波段对称性闪耀光栅(2)、透镜(3)、面阵探测器(4)、测量和数据处理电路(5)，所述宽波段对称性闪耀光栅(2)保证光经过光栅衍射后能量主要集中在0级和±1级，削弱高级次衍射对激光告警角度、波长测量的影响，且+1和-1级光斑衍射效率对称，有利于全视场角下激光告警波长测量精度。
2.根据权利要求1所述的一种用于激光告警的宽波段对称性闪耀光栅结构，其特征在于：所述宽波段对称性闪耀光栅(2)采用Ⅰ型宽波段对称性闪耀光栅(201)或Ⅱ型宽波段对称性闪耀光栅(202)。
3.根据权利要求2所述的一种用于激光告警的宽波段对称性闪耀光栅结构，其特征在于：所述Ⅰ型宽波段对称性闪耀光栅(201)采用等腰闪耀光栅削去顶部的尖角所得到的光栅，所述Ⅱ型宽波段对称性闪耀光栅(202)采用等腰闪耀光栅中间加入若干平面所得到的光栅，所述Ⅰ型宽波段对称性闪耀光栅(201)、Ⅱ型宽波段对称性闪耀光栅(202)均能确保全波段0级衍射效率最高。
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