CN216646976U - 一种基于四棱锥反射镜的激光空间合束系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及光束空间合束技术领域，具体公开了一种基于四棱锥反射镜的激光空间合束系统，包括沿光学通路依次设置的四棱锥合束装置、分光取样镜、光瞳光轴探测与闭环控制装置；所述四棱锥合束装置包括四棱锥反射镜、四组光发射器、位于每组光发射器与四棱锥反射镜之间且与光瞳光轴探测与闭环控制装置连接的反射组件；四组所述光发射器发出的光束分别经过对应的反射组件后，以45°角入射到四棱锥反射镜的对应反射面上。本实用新型能够使得多路光束处于同一平面，且按照一定空间形状分布，使其具有良好的同轴性。

Description

一种基于四棱锥反射镜的激光空间合束系统

技术领域

本实用新型涉及光束空间合束技术领域，更具体地讲，涉及一种基于四棱锥反射镜的激光空间合束系统。

背景技术

在远距离目标主动照明成像探测应用中，由于主动照明激光光束质量、大气湍流、照明光束抖动等多种因素影响，照明激光传输到一定距离的目标时其远处光斑空间分布不均匀，光斑分布强度起伏随时间变化，引起目标照明回光产生闪烁效应，将影响目标主动照明探测稳定性与跟踪瞄准性能。采用非相干多光束照明技术可以有效提高照明远处光斑均匀性，抑制目标主动照明回光强度闪烁，提高主动照明系统跟踪瞄准性能。为了实现非相干多光束照明，通常采用多台激光器独立发射激光，多束独立激光具有非相干性，再利用多光束空间合束技术路线将多路激光合束后耦合进入后续望远镜发射系统中。在多路激光空间合成过程中，由于主动照明目标距离远，应严格保证多路激光光轴一致性；在某些应用中多路光轴同轴度需要达到μrad量级。

针对自由空间传输的多束激光，目前实现空间合束最常用的方法是将多路激光器平面排布或错位排布，经过复杂光路设计由多块平面镜通过物理空间光束折转传输实现多光束空间合束；这种方案通常多块平面镜分布在不同空间位置或者多块平面镜通过拼接安装固定夹持组成空间拼接合束器。不管是哪种方式，为实现多光束指定空间分布形状，其工程实现复杂性较大，体积规模较大。且存在一定缺陷：一是由于多块平面镜需要安装固定，其结合部位的机械结构物理空间限制使其空间合束占空比低；二是多块平面反射镜安装固定过程中容易造成应力过大，使得合束器光学像差难以保证；三是多块平面镜不同空间形态拼接固定，使得其结构稳定性和抗振动性能难以保证。

同时在实际过程中所应用的激光器体积很大，空间受限不能十字形排布；另外其功率很大，其出光过程中光瞳光轴位置将存在一定的漂移，这将对于使用造成较大的影响。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是，提供一种基于四棱锥反射镜的激光空间合束系统。

本实用新型解决技术问题所采用的解决方案是：

一种基于四棱锥反射镜的激光空间合束系统，包括沿光学通路依次设置的四棱锥合束装置、分光取样镜、光瞳光轴探测与闭环控制装置；

所述四棱锥合束装置包括四棱锥反射镜、四组光发射器、位于每组光发射器与四棱锥反射镜之间且与光瞳光轴探测与闭环控制装置连接的反射组件；

四组所述光发射器发出的光束分别经过对应的反射组件后，以45°角入射到四棱锥反射镜的对应反射面上。

本实用新型将四组激光器发出的光束分别通过所对应的反射组件的反射后分别进入到四棱锥反射镜的四个锥面上，通过四个锥面再次反射后实现四路空间合束；分光取样镜对合束后的光束进行分光取样，合束光束中极少部分光强将通过分光取样镜透射到达光瞳光轴探测与闭环控制装置用于测量四路光束参数信息，合束光束中绝大部分光强将通过分光取样镜反射后耦合进入到后续望远镜发射系统中；

光瞳光轴探测与闭环控制装置同时探测和测量每路光束近场和远场信息，并实时控制每路光束中的反射组件在两个方向偏转角度，以实现每路光束光瞳和光轴闭环控制，使得空间合束激光能够始终按照指定空间形状分布，且保持高精度的同轴性。

在一些可能的实施方式中；为了实现更多路光束的合束；

所述四棱锥合束装置为两组；所述四棱锥合束装置的出光侧与分光取样镜之间设置有一组合束镜。

在一些可能的实施方式中；为了使得每组四棱锥合束装置所发射的四路光束均能进入到合束镜上进行合束；

在所述合束镜与每组四棱锥合束装置之间设置有反射镜组一。

在一些可能的实施方式中；

所述合束镜为偏振合束镜。

在一些可能的实施方式中；

所述四棱锥合束装置为两组，两组所述反射镜组一反射透射的光束与合束镜的法线所形成的入射角为布儒斯特角。

在一些可能的实施方式中；

所述四棱锥反射镜包括呈四棱锥状且具有锥面和底面的本体、以及用于安装本体的安装座；四组所述光发射器设置在安装座远离本体的一侧；

每组所述反射组件与锥面一一对应设置。

在一些可能的实施方式中；

所述四棱锥反射镜呈正四棱锥状，其中，四个锥面与底面所形成的夹角为夹角A,所述夹角A＝45°；

在一些可能的实施方式中；

所述反射组件包括位于锥面一侧的反射镜B、设置在反射镜B与光发射器之间的反射镜A；

通过反射镜B反射后的光束与锥面所形成的角度为45°。

在一些可能的实施方式中；

所述反射镜A和反射镜B均为电调镜；包括驱动架、安装在驱动架上的镜片，所述驱动架与光瞳光轴探测与闭环控制装置连接。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果：

本实用新型中，采用立体空间光路布局，四路激光双层空间排布，通过将四组激光器设置在四棱锥反射镜的一侧，并通过四组反射组件，将四路光束经过最优光学路径分别反射到四棱锥反射镜的四个锥面上；再通过分光取样镜使得四路光束能够在同一平面上进行布置；相比现有技术，减少了空间的占有率，对于空间的使用更小；

本实用新型中，通过设置光瞳光轴探测与闭环控制装置与反射组件进行连接，并对分光取样镜透射的四路光束进行近场和远场信息测量，从而控制每路光束两个电调镜两个方向的偏转角度实现每路光束光瞳和光轴闭环控制，使得空间合束激光按照指定空间形状分布，且具有高精度的同轴性。

本实用新型通过合束镜将两组四棱锥反射镜所发射的光束通过合束处理后，反射到分光取样镜上，从而使得8路光束能够在同一平面上，通过光瞳光轴探测与闭环控制装置对于多个反射组件进行调整进而使得多路光束具有良好的同轴性；

本实用新型结构简单、使用性强。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图；

图2为本实用新型中四棱锥合束装置为一组时的连接关系示意图；

图3为图2的光学通路示意图；

图4为图2中的光束合束后的示意图；

图5为采用两组四棱锥合束装置进行光束合束后的一种示意图；

图6为采用两组四棱锥合束装置进行光束合束后的另外一种示意图；

其中：1、四棱锥合束装置；10、四棱锥反射镜；101、反射镜A；102、反射镜B；2、合光取样镜；3、光瞳光轴探测与闭环控制装置；4、合束镜。

具体实施方式

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。本申请所提及的"第一"、"第二"以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。同样，"一个"或者"一"等类似词语也不表示数量限制，而是表示存在至少一个。在本申请实施中，“和/或”描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。在本申请实施例的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是指两个或两个以上。例如，多个定位柱是指两个或两个以上的定位柱。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

下面对本实用新型进行详细说明。

如图1-图6所示：

一种基于四棱锥反射镜的激光空间合束系统，包括沿光学通路依次设置的四棱锥合束装置1、分光取样镜2、光瞳光轴探测与闭环控制装置3；所述四棱锥合束装置1与光瞳光轴探测与闭环控制装置3连接；

所述四棱锥合束装置1包括四棱锥反射镜10、四组光发射器、位于每组光发射器与四棱锥反射镜10之间且与光瞳光轴探测与闭环控制装置3连接的反射组件；

四组所述光发射器发出的光束分别经过对应的反射组件后，以45°角入射到四棱锥反射镜10的对应反射面上。这里的45°角是指光束与反射面的法线所形成的夹角。

在本实用新型中四棱锥合束装置1中的四组光发射器发射的光束，其分别通过所对应的反射组件的反射，经过反射组件反射后的光束，进入到四棱锥反射镜10的四个锥面上，通过四个锥面作为反射面再次反射到分光取样镜2上，当四路光束反射到分光取样镜2后，分光取样镜2合束后的光束进行分光取样，四路光束中的各路中部分光束将通过分光取样镜2到达光瞳光轴探测与闭环控制装置3用于测量光束信息，四路光束中的各路的大部分光束将通过分光取样镜2反射耦合后进入到后续发射传输系统中；

具体的，光发射器为激光器。

在某些远距离主动照明特定应用中，空间合束的光轴精度要求达到微弧度量级，光瞳位置精度达到0.1mm量级；由于光发射器通常尺寸和功率很大，在出光过程中光轴光瞳位置将会出现一些漂移，采用光瞳光轴探测与闭环控制装置3来实现对于光束参数在线测量，并对于反射组件进行实时调整，从而使得所发出的光束符合要求。

光瞳光轴探测与闭环控制装置3接收光束，同时测量每路光束近场和远场信息，并实时控制每路光束中的反射组件二维偏转角度，以实现每路光束光瞳和光轴闭环控制，使得空间合束激光能够始终按照指定空间形状分布，且保持高精度的同轴性。

优选的，分光取样镜2对空间合束后的光束进行分光取样，光强透射率0.1％～1％；这样使得少部分透射的取样光进入光瞳光轴探测与闭环控制装置3用于测量光束信息；大部分反射光耦合进入后续望远镜发射系统。

在一些可能的实施方式中；为了实现多路光束的合束；

所述四棱锥合束装置1为两组；所述四棱锥合束装置1的出光侧与分光取样镜2之间设置有一组合束镜4。

如：一组四棱锥合束装置1合束后光束为线偏S光，另外一组四棱锥合束装置1合束后光束为线偏S光；线偏S光和线偏S光通过合束镜4后，将其合束在一起，如图5、图6所示。

在一些可能的实施方式中；为了使得每组四棱锥合束装置1所发射的四路光束均能进入到合束镜4上进行合束；

在所述合束镜4与每组四棱锥合束装置1之间设置有反射镜组一。

在一些可能的实施方式中；

所述合束镜4为偏振合束镜。

在一些可能的实施方式中；为了使得两组四棱锥合束装置1所发出的四路光束均能够射入到同一组分光取样镜2上；从而使得八路光束能够处于同一平面，并能够根据需要通过光瞳光轴探测与闭环控制装置3进行调整，使其按照一定空间形状分布。

为了使得两组四棱锥合束装置11反射的光束能够布置在一个平面上；所述四棱锥合束装置1为两组，两组所述反射镜组一反射透射的光束与合束镜的法线所形成的入射角为布儒斯特角。

布儒斯特角，又称偏振角(Brewster's angle)，是自然光经电介质界面反射后，反射光为线偏振光所应满足的条件。首先由英国物理学家D.布儒斯特于1815年发现。自然光在电介质界面上反射和折射时，一般情况下反射光和折射光都是部分偏振光，只有当入射角为某特定角时反射光才是线偏振光，其振动方向与入射面垂直，此特定角称为布儒斯特角或起偏角，用θb表示。此规律称为布儒斯特定律。光以布儒斯特角入射时，反射光与折射光互相垂直。

如图1、图5、图6所示，两组四棱锥合束装置1其所对应的四组光发射器所发出的光束分别通过反射镜组一反射到偏振合束镜后进行合束处理，然后反射到分光取样镜2上进行光束分光取样，其中少部分透射的取样光进入光瞳光轴探测与闭环控制装置3用于测量光束信息；大部分反射光耦合进入后续发射传输系统；光瞳光轴探测与闭环控制装置3此时主要对于两组四棱锥合束装置1中的光束进行测量，使得八路光束最终能够按照要求处于同一平面，且按照一定空间形状分布，例如可形成图5、图6所示布置方式。

在一些可能的实施方式中；在实际运用过程中，由于光发射器和四棱锥发射镜的尺寸较大，若采用将光发射器布置在四棱锥发射镜的四个锥面的上方，则将占用很大的空间；对此，在本实用新型中：

所述四棱锥反射镜10包括呈四棱锥状且具有锥面和底面的本体、以及用于安装本体的安装座；四组所述光发射器设置在安装座远离本体的一侧且位于安装座的两侧；

每组所述反射组件与锥面一一对应设置。

如图2所述，四组光发射器同侧设置，

在本实用新型中，采用四棱锥反射镜10作为四个反射面，在发射面与光发射其之间分别设置透镜组件，四路光束通过四组透镜组件将光束垂直反射到反射面上，在锥面所形成的反射面在再次进行反射到分光取样镜2上，由于四路光束均为垂直反射到四个锥面上，这样使得反射到四个锥面上的四路光束将以平行四棱锥的轴线的方向反射到分光取样镜2上；

优选的，分光取样镜2所在的平面与四棱锥光束器的轴线形成一个夹角B，夹角B≥45°。

在一些可能的实施方式中；

所述四棱锥反射镜10呈正四棱锥状，其中，四个锥面与底面所形成的夹角为夹角A,所述夹角A＝45°；

本实用新型利用其正四棱锥的四个锥面作为发射面对四路光束按照45°入射角进行独立反射，反射后四路激光处于同一平面，且按照一定空间形状分布，如图4所示。

如，光束为圆形或方形；其为圆形时其直径尺寸约为40mm；其方形时为40mm*40mm，四棱锥反射镜10的底面尺寸为140mm*140mm；

四路光束分别经反射组件、四棱锥反射镜10反射合束在一个直径在100-120mm圆形口径内,其中，四路光束分别形成的光斑以圆形口径的圆心为圆心呈环形分布，四组光斑与圆形口径内切。

在一些可能的实施方式中；

所述反射组件包括位于锥面一侧的反射镜B102、设置在反射镜B102与光发射器之间的反射镜A101；

通过反射镜B102反射后的光束与锥面所形成的角度为45°。

在一些可能的实施方式中；

所述反射镜A101和反射镜B102均为二维电调镜；包括驱动架、安装在驱动架上的镜片，所述驱动架与光瞳光轴探测与闭环控制装置3连接。

在现有技术中电调镜具有电控两个方向的二维角度θx、θy偏转功能，用于控制每路激光光束传输方向；每路激光经过反射镜A101和反射镜B102，反射镜A101和反射镜B102作为一对可以实现对一路激光的光瞳和光轴高精度控制；通过设置四组从而对于四组光发射发出的光束进行光瞳和光轴高精度控制。

本实用新型并不局限于前述的具体实施方式。本实用新型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。

Claims (9)

1.一种基于四棱锥反射镜的激光空间合束系统，其特征在于，包括沿光学通路依次设置的四棱锥合束装置、分光取样镜、光瞳光轴探测与闭环控制装置；

所述四棱锥合束装置包括四棱锥反射镜、四组光发射器、位于每组光发射器与四棱锥反射镜之间且与光瞳光轴探测与闭环控制装置连接的反射组件；

四组所述光发射器发出的光束分别经过对应的反射组件后，以45°角入射到四棱锥反射镜的对应反射面上。

2.根据权利要求1所述的一种基于四棱锥反射镜的激光空间合束系统，其特征在于，所述四棱锥合束装置为两组；所述四棱锥合束装置的出光侧与分光取样镜之间设置有一组合束镜。

3.根据权利要求2所述的一种基于四棱锥反射镜的激光空间合束系统，其特征在于，在所述合束镜与每组四棱锥合束装置之间设置有反射镜组一。

4.根据权利要求3所述的一种基于四棱锥反射镜的激光空间合束系统，其特征在于，所述合束镜为偏振合束镜。

5.根据权利要求4所述的一种基于四棱锥反射镜的激光空间合束系统，其特征在于，所述四棱锥合束装置为两组，两组所述反射镜组一反射透射的光束与合束镜的法线所形成的入射角为布儒斯特角。

6.根据权利要求1-5任一项所述的一种基于四棱锥反射镜的激光空间合束系统，其特征在于，所述四棱锥反射镜包括呈四棱锥状且具有锥面和底面的本体、以及用于安装本体的安装座；四组所述光发射器设置在安装座远离本体的一侧；

每组所述反射组件与锥面一一对应设置。

7.根据权利要求6所述的一种基于四棱锥反射镜的激光空间合束系统，其特征在于，所述四棱锥反射镜呈正四棱锥状，其中，四个锥面与底面所形成的夹角为夹角A,所述夹角A＝45°。

8.根据权利要求6所述的一种基于四棱锥反射镜的激光空间合束系统，其特征在于，所述反射组件包括位于锥面一侧的反射镜B、设置在反射镜B与光发射器之间的反射镜A；

通过反射镜B反射后的光束与锥面所形成的角度为45°。

9.根据权利要求8所述的一种基于四棱锥反射镜的激光空间合束系统，其特征在于，所述反射镜A和反射镜B均为电调镜；包括驱动架、安装在驱动架上的镜片，所述驱动架与光瞳光轴探测与闭环控制装置连接。

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