ES2565061T3 - Sistema de contramedidas - Google Patents
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Abstract
Un perturbador láser configurado como una parte de un sistema de contramedidas, que comprende: - una fuente láser que comprende al menos dos compartimentos adyacentes estando cada uno herméticamente sellado y teniendo un tabique entre ellos que separa herméticamente los compartimentos entre sí; - un primero de los dos compartimentos comprendiendo en él una pluralidad de emisores láser, y el segundo compartimento comprendiendo en él condensadores eléctricamente conectados a dichos emisores láser a través de conexiones eléctricas que pasan a través de dicho tabique y conectados a un cargador externo, y un conmutador para la activación de los emisores láser por medio de dichos condensadores, en el que se cumple al menos una de las siguientes condiciones: - dicha fuente láser está configurada para proporcionar pulsos láser que tienen una potencia de pico por encima de 100 vatios, particularmente por encima de 1000 vatios, y teniendo una rampa de subida de duración del pulso láser de menos de 5 microsegundos, particularmente menos de 2 microsegundos; - dicha fuente láser está configurada para proporcionar una amplitud de corriente de bombeo láser por encima de 100 amperios, particularmente por encima de 200 amperios, y teniendo un tiempo de subida de duración del pulso láser de menos de 5 microsegundos, particularmente menos de 2 microsegundos; y - teniendo la fuente láser una potencia láser óptica específica de pico de al menos 10 vatios/centímetro cúbico, particularmente al menos 30 vatios/centímetro cúbico.
Description
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DESCRIPCION
Sistema de contramedidas Campo de la invencion
Esta materia objeto de la presente solicitud se refiere a sistemas de contramedidas de infrarrojos (IRCM), tales como las usadas por vetnculos, edificios, construcciones, tropas, etc. para contrarrestar efectivamente varias amenazas, por ejemplo, misiles.
Antecedentes de la invencion
La proliferacion de misiles, especialmente misiles guiados antitanque (ATGM), y su disponibilidad para terroristas representan una amenaza real para vetnculos y puestos militares, y para objetivos civiles tales como coches, autobuses, edificios, puentes, aeropuertos, puertos, estaciones electricas, barcos de pasajeros, cisternas, aviones y depositos de combustible. Ademas, los ATGM pueden usarse contra tropas y pelotones en conflictos urbanos. Se han distribuido en todo el mundo mas de medio millon de misiles guiados, y muchos de estos estan aun operativos. La mayona de estos misiles usan actualmente sensores de infrarrojos (IR) para guiarlos al objetivo. Los misiles tfpicos tienen alcances de 5-8 km. Las contramedidas conocidas vanan desde perturbaciones activas de IR a destellos, granadas de humo y paja.
Son conocidos una variedad de sistemas de contramedidas, por ejemplo, los desvelados en:
- El documento US 5.742.384 que desvela un emisor compacto de contramedidas de infrarrojos de barrido y representa el punto de inicio de la presente invencion;
- El documento US 7.378.626 que desvela un sistema y procedimiento de contramedidas directas de infrarrojo (DIRCM);
- El documento US 7.478.578 que desvela la proteccion contra misiles de lmeas aereas comerciales usando drones en formacion;
- El documento US 6.977,598 que desvela un sistema y procedimiento de proteccion de aviones;
- El documento US 6.359.710 que desvela perturbadores para misiles buscadores de radiacion de IR;
- El documento US 6.352.031 que desvela un procedimiento de contramedidas de radiacion para la proteccion de
un avion y otros vetnculos contra misiles hostiles de “seguidores de calor” por infrarrojos;
- El documento US 5.662.291 que desvela un dispositivo para autodefensa de aviones contra misiles;
- El documento US 7.569.824 que desvela un sistema y procedimiento de direccion de un haz laser para su uso en
un sistema direccional de contramedidas de infrarrojo;
- El documento US 7.523.692 que desvela un sistemas de defensa de aviones contra sistemas portatiles contra aviones seguidores de IR/UV;
- El documento US 6.587.486 que desvela una fuente de haz laser para un sistema de armamento de contramedidas de infrarrojos direccionales (DIRCM); y
- El documento US 6.707.052 que desvela un sistema de contramedidas de engano por infrarrojos.
Sumario de la invencion
Se debe entender que la materia objeto actualmente desvelada en la presente solicitud se refiere a un sistema de contramedidas configurado para actuar contra una variedad de amenazas, dichas amenazas pueden, por ejemplo, incluir: misiles (por ejemplo, ATGM (misiles guiados antitanque), lanzadores de misiles, aviones pilotados y no pilotados, morteros guiados, varios tipos de sistemas guiados o de guiado, etc. Se debena entender que en el sistema de contramedidas de la materia objeto actualmente desvelada el haz laser puede actuar contra amenazas a varias instancias predeterminadas, por ejemplo, a las que puede localizarse una amenaza potencial de misil y/o lanzador de misiles y a las que el sistema de contramedidas laser de la presente materia objeto es principalmente capaz de contrarrestar la(s) amenaza(s). Por ejemplo, dicha distancia predeterminada puede variar entre 10 metros desde la fuente laser y hasta muchos kilometros.
De acuerdo con la presente solicitud, se proporciona un perturbador laser configurado para ser una parte del sistema de contramedidas, que comprende:
- una fuente laser que comprende al menos dos compartimentos adyacentes estando cada uno hermeticamente sellado y teniendo un tabique entre ellos que separa hermeticamente los compartimentos entre sf;
- comprendiendo un primero de los dos compartimentos en el una pluralidad de emisores laser, y comprendiendo el segundo compartimento en el condensadores electricamente conectados a los emisores laser a traves de conexiones electricas que pasan a traves del tabique y conectados a un cargador externo, y un conmutador para la activacion de los emisores laser por medio de los condensadores, en el que se cumple al menos una de las siguientes condiciones:
- se configura la fuente laser para proporcionar pulsos laser que tienen una potencia de pico por encima de 100 vatios, particularmente por encima de 1000 vatios, y que tienen un tiempo de subida en la duracion del pulso laser de menos de 5 microsegundos, particularmente menos de 2 microsegundos;
- se configura la fuente laser para proporcionar una amplitud de corriente de bombeo laser de 100 amperios,
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particularmente por encima de 200 amperios, y que tienen un tiempo de subida en la duracion del pulso laser de menos de 5 microsegundos, particularmente menos de 2 microsegundos; y - teniendo la fuente laser una potencia laser optica espedfica de pico (es decir potencia por unidad de volumen, correspondiendo el pico a la amplitud de potencia de pico) de al menos 10 W/cm3, particularmente al menos 30 W/cm3.
En un ejemplo de un perturbador laser de acuerdo con la invencion, los emisores laser emiten haces de emision laser que forman juntos un haz laser combinado que tiene una dispersion predeterminada a lo largo de su eje optico.
En un ejemplo de un perturbador laser de acuerdo con la invencion, el haz laser tiene una primera dispersion y una segunda dispersion en planos respectivos que son paralelos a su eje optico y son perpendiculares entre sf, siendo mayor la primera dispersion que la segunda dispersion.
En un ejemplo de un perturbador laser de acuerdo con la invencion, la primera dispersion es al menos 1,5 veces, particularmente, al menos 3 veces, mas particularmente, al menos 8 veces mayor que la segunda dispersion.
En un ejemplo de un perturbador laser de acuerdo con la invencion, la primera dispersion tiene al menos 0,5 grados, particularmente, al menos 1 grado, mas particularmente, al menos 3 grados, y no mas de 45 grados, particularmente, no mas de 30 grados.
En un ejemplo de un perturbador laser de acuerdo con la invencion, la segunda dispersion tiene al menos 1 grado, particularmente, al menos 5 grados, mas particularmente, al menos 15 grados, y no mas de 120 grados, particularmente, no mas de 90 grados.
En un ejemplo de un perturbador laser de acuerdo con la invencion, el perturbador laser esta configurado para su operacion contra amenazas a distancias predeterminadas.
En un ejemplo de un perturbador laser de acuerdo con la invencion, la fuente laser es una fuente laser de IR.
En un ejemplo de un perturbador laser de acuerdo con la invencion, la fuente laser esta configurada para emitir el haz laser con una distribucion espectral predeterminada de la que al menos una parte esta en un intervalo de 780 nm - 4300 nm.
En un ejemplo de un perturbador laser de acuerdo con la invencion, la distribucion espectral es no continua.
En un ejemplo de un perturbador laser de acuerdo con la invencion, la fuente laser esta configurada para emitir el haz laser en al menos un pulso que es no mas largo de 5 segundos, particularmente, no mas largo de 0,5 segundos, mas particularmente, no mas largo de 1 ms.
En un ejemplo de un perturbador laser de acuerdo con la invencion, el perturbador laser incluye ademas unos medios opticos configurados para el menos uno de los siguientes: enfoque, desenfoque o colimacion del haz laser.
En un ejemplo de un perturbador laser de acuerdo con la invencion, la fuente laser comprende una pluralidad de emisores laser.
En un ejemplo de un perturbador laser de acuerdo con la invencion, los emisores laser tienen al menos dos de sus caractensticas de tamano, masa y volumen, iguales para al menos una mayona de los emisores.
En un ejemplo de un perturbador laser de acuerdo con la invencion, los emisores laser se disponen a lo largo de dos dimensiones de la fuente laser.
En un ejemplo de un perturbador laser de acuerdo con la invencion, los emisores laser son diodos laser.
En un ejemplo de un perturbador laser de acuerdo con la invencion, comprende ademas una pluralidad de sustratos cada uno de los cuales contiene al menos uno de los diodos laser.
En un ejemplo de un perturbador laser de acuerdo con la invencion, al menos uno de los sustratos esta fabricado principalmente de un semiconductor y los diodos laser se forman en el.
En un ejemplo de un perturbador laser de acuerdo con la invencion, al menos uno de los sustratos esta fabricado principalmente de un semiconductor y los diodos laser se montan sobre el.
En un ejemplo de un perturbador laser de acuerdo con la invencion, al menos uno de los sustratos esta fabricado principalmente de metal y los diodos laser se montan sobre el.
En un ejemplo de un perturbador laser de acuerdo con la invencion, el perturbador laser comprende ademas unos LED en el espectro visible.
En un ejemplo de un perturbador laser de acuerdo con la invencion, los LED en el espectro visible producen un haz dirigido a lo largo del mismo eje optico que el haz laser y/o que tiene una dispersion predeterminada similar a la del
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haz laser.
En un ejemplo de un perturbador laser de acuerdo con la invencion, el primer disipador termico comprende ademas una placa metalica adicional que esta en contacto termico con la primera placa metalica, y en el que los uno o mas sustratos con los diodos de laser correspondientes se extienden entre la primera y placas metalicas adicionales en contacto termico con ella.
En un ejemplo de un perturbador laser de acuerdo con la invencion, la primera placa metalica junto con el uno o mas sustratos colocados sobre ella son moviles con respecto al segundo disipador termico.
En un ejemplo de un perturbador laser de acuerdo con la invencion, la primera placa metalica junto con los uno o mas sustratos colocados sobre ella son moviles por medio de un submontaje fijado al mismo, por ejemplo, una montura C.
En un ejemplo de un perturbador laser de acuerdo con la invencion, los sustratos son moviles por medio de submontajes fijados a los mismos, por ejemplo monturas C.
En un ejemplo de un perturbador laser de acuerdo con la invencion, la primera y segunda placas metalicas estan fabricadas del mismo material y la segunda placa tiene un volumen mayor que la primera placa.
En un ejemplo de un perturbador laser de acuerdo con la invencion, el segundo disipador termico se monta sobre un tercer disipador termico.
En un ejemplo de un perturbador laser de acuerdo con la invencion, el tercer disipador termico comprende una plataforma de rotacion.
En un ejemplo de un perturbador laser de acuerdo con la invencion, el perturbador laser comprende ademas una plataforma que tiene un eje de rotacion y la fuente laser se monta sobre la plataforma.
En un ejemplo de un perturbador laser de acuerdo con la invencion, el eje de rotacion es un eje simple de movimiento de la plataforma.
En un ejemplo de un perturbador laser de acuerdo con la invencion, la precision angular de la plataforma de rotacion esta entre 1 y 10 grados.
En un ejemplo de un perturbador laser de acuerdo con la invencion, los emisores se disponen para tener ejes rapidos paralelos al eje de rotacion de la plataforma de rotacion.
En un ejemplo de un perturbador laser de acuerdo con la invencion, los emisores laser se instalan a una distancia de no mas de 10 cm, particularmente, no mas de 5 cm desde los condensadores.
En un ejemplo de un perturbador laser de acuerdo con la invencion, los emisores laser se conectan a los condensadores por medio de conectores electricos que no son mas largos de 10 cm, particularmente, no mas largos de 5 cm de longitud.
En un ejemplo de un perturbador laser de acuerdo con la invencion, los compartimentos adyacentes tienen tabiques fabricados de vidrio fundido.
En un ejemplo de un perturbador laser de acuerdo con la invencion, el haz laser es espectralmente uniforme al menos en una mayona de su dispersion, a las distancias predeterminadas, y una intensidad minima de radiacion laser en la mayona de la dispersion es mas del 50 % de una media de la intensidad de la radiacion laser en la mayona de la dispersion, a las distancias predeterminadas.
En un ejemplo de un perturbador laser de acuerdo con la invencion, la intensidad minima de la radiacion laser en la mayona de la dispersion es mas del 80 % de la intensidad media de la radiacion laser en la mayona de la dispersion.
En un ejemplo de un perturbador laser de acuerdo con la invencion, el perturbador laser esta configurado para la perturbacion de la comunicacion de guiado entre una unidad de control y un misil controlado por la unidad de control, despues de que se hayan determinado las coordenadas del misil o la unidad de control por un detector.
En un ejemplo de un perturbador laser de acuerdo con la invencion, la unidad de control esta en o adyacente al lugar de lanzamiento del misil.
En un ejemplo de un perturbador laser de acuerdo con la invencion, en un caso en el que han de ser detectadas por el receptor las coordenadas del misil, y se espera que el misil este separado del lugar de lanzamiento en el momento de la deteccion en una distancia angular dentro de un alcance esperado con relacion al perturbador laser, la primera y segunda dispersiones se seleccionan para incluir el alcance.
En un ejemplo de un perturbador laser de acuerdo con la invencion, el perturbador laser incluye ademas un tercer
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compartimento adyacente al segundo compartimento, estando hermeticamente sellado el tercer compartimento y comprendiendo en el una tarjeta logica (es decir un procesador, memoria, etc.) configurada para activar el conmutador y configurado el cargador para cargar los condensadores.
Debena entenderse que el sistema de contramedidas de la presente materia sujeto actualmente desvelada puede comprender mas de una fuente laser y mas de una plataforma de rotacion.
De acuerdo con un ejemplo de la materia objeto actualmente desvelada, se proporciona un sistema de contramedidas de infrarrojo de peso ligero para la proteccion de vetnculos, construcciones y tropas, incluyendo un laser emisor multiple de semiconductores de pulsos de alta potencia sobre una plataforma de rotacion y un detector de direccion para la localizacion del lanzamiento del misil amenaza. El laser tiene una dispersion horizontal del haz en campo lejano moderada y una dispersion vertical del haz en campo lejano grande para asegurar la iluminacion de la localizacion de lanzamiento incluso con bajas precisiones angulares del detector y de la plataforma de rotacion. El laser emite radiacion en pulsos en la direccion de la localizacion de lanzamiento. Esto perturba la operacion del control del misil atacante, dando como resultado la desviacion del misil.
Uno de los objetos de la materia objeto actualmente desvelada puede ser proporcionar sistemas de defensa fiables de bajo peso bajo coste contra ATGM. Los sistemas comprenden un laser de bajo coste alta potencia que tiene una dispersion del haz grande, una plataforma de rotacion y un detector de direccion de la localizacion de lanzamiento del misil amenaza. Los sistemas responden a senales desde el detector, girando la plataforma de rotacion laser para dirigirlo hacia la localizacion de lanzamiento, y el laser emite un haz laser de alta potencia que perturba la operacion de control del misil atacante dando como resultado la desviacion del misil.
En un ejemplo de la materia objeto actualmente desvelada, el laser se compone de una pluralidad de emisores laser de semiconductor de pulsos fiable de bajo coste, que proporciona el haz laser de alta potencia de amplia dispersion deseado. El laser de semiconductor es mas pequeno, mas ligero, mas eficiente, mas potente y mas barato que otros laseres que se usan en la tecnica anterior para crear haces laser estrechos (dispersion pequena). La plataforma de rotacion es compacta y de bajo coste debido a que solo tiene un unico eje de rotacion, y debido a los relajados requisitos de precision de apuntado y por la dinamica y debido al ligero peso de la carga del laser. El sistema de deteccion puede ser de bajo coste debido a que solo necesita proporcionar una coordenada (azimut hacia la localizacion de lanzamiento), con baja precision. El haz laser se emite en la direccion de la localizacion de lanzamiento del misil amenaza. Por lo tanto ilumina la optica y los detectores de los circuitos de control del misil atacante. La optica y detectores pueden localizarse en el misil atacante en sf, en una cabeza optica del misil, o en los laterales, alas o cola del misil. La optica y detectores pueden localizarse tambien fuera del misil en una unidad de control separada o lugar de control de lanzamiento. El haz laser ilumina al misil atacante y a la unidad de control separada, y a objetos en la proximidad del trayecto del misil y en la proximidad de la unidad de control, debido a la amplia dispersion del haz. El laser puede ser una onda cuasi continua (QCW), de pulsos o modulada de modo que la potencia media del laser sea menor que la potencia de pico del laser. La radiacion laser de alta potencia perturba la operacion de los detectores e impide un control correcto del misil atacante. El misil cambia su trayecto de vuelo de acuerdo con la senal de control incorrecta, vuela en la direccion equivocada. En aproximadamente un segundo el misil se desplaza respecto a su trayecto de ataque tan lejos que no puede recuperar el control, incluso si el laser de alta potencia cesa de actuar o se redirige. Esto da como resultado la desviacion del misil de los objetos y localizaciones protegidos. El sistema esta instantaneamente listo para la desviacion de otro misil atacante. Por lo tanto, el sistema es capaz de actuar como un sistema de contramedidas fiable continuamente operativo capaz de desviar misiles atacantes mediante la emision del haz laser de alta potencia generalmente en la direccion de una localizacion de lanzamiento del misil.
Los siguientes son algunos de los objetos y ventajas de la materia objeto actualmente desvelada:
Para enganar misiles atacantes mediante la emision de laser de alta potencia en la direccion del lugar de lanzamiento de los misiles.
Para enganar a varios tipos de amenazas, por ejemplo, mediante el uso de un laser de alta potencia, amplia dispersion que ilumina simultaneamente a la amenaza, a una unidad de control separada de la amenaza y a objetos en la proximidad de la amenaza y de la unidad de control.
Para proporcionar una defensa automatica para vetnculos, tropas, construcciones, etc. sin necesidad de un operador humano.
Para proporcionar un sistema de contramedidas compacto, por ejemplo, mediante la incorporacion de un laser de modulacion de impulsos que tiene una potencia media que es menor que la potencia de pico del laser.
Para proporcionar un sistema de contramedidas eficiente de peso ligero que requiere un consumo de potencia relativamente bajo desde una fuente de alimentacion, que es excepcionalmente adaptable para un uso portatil y para su uso sobre vetnculos ligeros.
Para proporcionar un sistema de contramedidas de bajo coste, por ejemplo, mediante la reduccion de su complejidad, reduciendo la cantidad de componentes del sistema, y rebajando los requisitos para los componentes.
Para proporcionar un sistema de contramedidas fiable, por ejemplo, mediante la reduccion de la complejidad del sistema y los requisitos de precision, refrigeracion del laser, e incremento de la fiabilidad del laser.
Para proporcionar un sistema defensivo que no sea peligroso para el personal, equipos y estructuras.
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• Para proporcionar un sistema defensivo que requiera ninguno o pocos consumables.
• Para proporcionar un sistema defensivo que no requiera peligrosas operaciones de relleno en tierra.
• Para proporcionar un sistema defensivo que sea muy rapidamente desplegable y que tenga corto tiempo de respuesta.
• Para proporcionar un sistema defensivo que sea diffcil de detectar.
• Para proporcionar un sistema defensivo que no se requiera que realice seguimiento de la amenaza, sino que por
el contrario pueda realizar solamente una unica detencion, por ejemplo, deteccion de un lanzamiento del misil.
Otros objetos, caractensticas y ventajas de la materia objeto actualmente desvelada se convertiran en evidentes tras la consideracion de la siguiente especificacion detallada junto con los dibujos adjuntos.
Breve descripcion de los dibujos
Para comprender la invencion y para ver como puede llevarse a cabo en la practica, se describiran ahora realizaciones, a modo solamente de ejemplo no limitativo, con referencia a los dibujos adjuntos, en los que:
la Fig. 1 es un diagrama del sistema DIRCM contra misiles teledirigidos de acuerdo con la tecnica anterior; la Fig. 2 es un diagrama esquematico de un sistema de contramedidas de acuerdo con la materia objeto actualmente desvelada;
la Fig. 3A es un diagrama esquematico del sistema de contramedidas mostrado en la Fig. 2, bajo un ataque de un misil que vuela dentro del haz laser;
la Fig. 3B es un diagrama esquematico del sistema de contramedidas mostrado en la Fig. 3A, ilustrando las reflexiones desde objetos en el haz laser hacia la unidad de control y el misil;
la Fig. 4A es un diagrama esquematico de un sistema de contramedidas de acuerdo con otro ejemplo de la materia objeto de la presente solicitud, que incluye la colocacion y orientacion de multiples laseres sobre una placa de montaje, con respecto al eje de rotacion de la plataforma de rotacion;
la Fig. 4B es un diagrama esquematico de orientacion y superposicion de dispersiones de haces laser de multiples laseres mostrados en la Fig. 4A, con respecto al eje de rotacion de la plataforma de rotacion; la Fig. 5A es una representacion esquematica de la orientacion y superposicion de las dispersiones de haces laser de multiples laseres mostrados en la Fig. 4A cuando la dispersion de cada laser esta proxima a una dispersion deseada del haz laser;
la Fig. 5B es una representacion esquematica de la orientacion y superposicion de las dispersiones de haces laser de multiples laseres mostrados en la Fig. 4A cuando la dispersion de cada laser es mas pequena que la dispersion deseada del haz laser;
la Fig. 6 es una representacion esquematica de la orientacion y forma del haz laser del sistema de acuerdo con una realizacion de la materia objeto actualmente desvelada;
la Fig. 7 es una representacion esquematica de un espectro optico del sistema de la Fig. 6, que incluye longitudes de onda preferidas de los laseres y bandas operativas de los sistemas de contramedidas de acuerdo con la materia objeto actualmente desvelada;
la Fig. 8 es un diagrama esquematico de la colocacion y orientacion de la matriz de multiples laseres sobre la placa de montaje con respecto al eje de rotacion de la plataforma de rotacion de acuerdo con otra realizacion de la materia objeto de la presente solicitud;
la Fig. 9A es un diagrama esquematico de la colocacion y orientacion de varias matrices de laser mostradas en la Fig. 8, sobre multiples placas de montaje con respecto al eje de rotacion de la plataforma de rotacion; la Fig. 9B es una representacion en vista lateral esquematica de la direccion de los haces laser usada en la matriz mostrada en la Fig. 9A;
la Fig. 10 es un diagrama esquematico de tiempo de la operacion laser, incluyendo multiples pulsos laser y penodos de enfriamiento;
la Fig. 11 es un esquema electrico y de disposicion de la refrigeracion de un laser convencional (tecnica anterior);
la Fig. 12 es un esquema electrico y de disposicion de la refrigeracion de un laser de acuerdo con la materia objeto actualmente desvelada de la presente solicitud;
las Figs. 13A y 13B son vistas en seccion transversal esquematica de dos realizaciones de montaje de un emisor laser de semiconductores que proporciona refrigeracion y prevencion contra choques y tensiones, de acuerdo con la materia objeto de la presente solicitud;
la Fig. 14 es una vista isometrica esquematica de un sistema DIRCM que incluye un laser y un sensor montados sobre una plataforma giratoria;
las Figs. 15A y 15B son vistas isometricas frontal y posterior de algunos elementos del perturbador laser mostrado en la Fig. 14; y
la Fig. 16 es una disposicion esquematica de varios elementos del perturbador laser mostrado en las Figs. 14 a 15B.
Descripcion detallada de realizaciones
Se dirige la atencion a la Fig. 1, en la que se muestra un sistema de contramedidas de acuerdo con la tecnica anterior. En el ejemplo presente, el objetivo 1 es un vehfculo, por ejemplo un tanque, que es atacado por el misil 2. El misil 2 se configura para ser detectado por el receptor 3 del sistema de contramedidas, situado en la vecindad del
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objetivo 1. La deteccion del misil 2 se implementa a traves de la deteccion de la radiacion del motor o escape del motor del misil. El sistema de contramedidas incluye un laser dirigido 4 que se compone de un laser de estrecha divergencia, un modulo telescopico de transmision optica y un deflector del haz laser bi-axial o un pivote cardan biaxial. La flecha 5 indica la lmea directa de vision desde el escape del misil al detector, que se usa para calcular la orientacion requerida - azimut (Azt) y elevacion (Elt) del deflector del haz laser del laser dirigido 4.
Siguiendo la orientacion apropiada del laser 4 dirigido, emite un haz laser 6 estrecho hacia el misil 2 que se configura para incidir en la cabeza optica del misil 2, y, si es suficientemente potente, interrumpir los detectores del misil 2. Es importante hacer notar que el cabezal optico del misil 2 y el escape del misil se situan en localizaciones diferentes, lo que complica dramaticamente la direccion y apuntado del laser 4 dirigido.
Pasando ahora a la Fig. 2, se muestra un sistema de contramedidas de acuerdo con la materia objeto desvelada de la presente solicitud, designada en general como S, y configurada para la proteccion de un objetivo 1 (un vetuculo, una estructura o un soldado) frente a una amenaza incidente 2. El sistema S incluye un detector 3, un laser de alta potencia 8 y una plataforma giratoria 9 de eje unico.
El detector 3 se configura para la deteccion de una unidad de control 7 del misil 2, y para definir una direccion aproximada de la posicion de lanzamiento del misil 2, que es indicada por la flecha 10. La deteccion se realiza mediante la deteccion de al menos uno de lo siguiente:
- radiacion de IR del motor del misil caliente;
- escape del motor del misil optico; y
- reflexion de las ondas de radio (deteccion por radar).
Por ejemplo, el detector 3 puede ser un radar de matriz de fase de vigilancia perimetral configurado para la deteccion del azimut de una localizacion de lanzamiento. Alternativamente, el detector 3 puede ser una matriz de sensores infrarrojos o termicos configurada para la deteccion del azimut de la localizacion de lanzamiento. Se aprecia, sin embargo, que el sistema puede comprender una pluralidad de detectores de varios tipos, siendo configurado cada tipo de detector para la deteccion de un parametro diferente de la amenaza.
El sistema de contramedidas S puede asf incorporar varios detectores. En una realizacion, se configura un detector para la determinacion de las coordenadas del lugar de lanzamiento. En otra realizacion, el detector se configura para la determinacion solamente de las coordenadas (en direccion hacia) del misil.
Se ha de tomar nota que la diferencia en las direcciones al lugar de lanzamiento del misil y al misil, detectado como lanzado, es relativamente pequena tipicamente (aproximadamente 1 grado) debido a su proximidad ffsica entre sf. Ademas, en la mayona de casos, la unidad de control 7 del misil se localiza en o adyacente al lugar de lanzamiento (vease la Fig. 3A).
Bajo esta premisa, en algunas realizaciones del sistema S, el perturbador laser se configura para la produccion de un haz laser que tiene una dispersion que es mayor que esta diferencia, es decir una gran dispersion en la direccion vertical. En consecuencia, el perturbador laser ilumina tanto el lugar de lanzamiento como el misil 2, cuando se dirige a este ultimo.
La plataforma de rotacion 9 es una plataforma de rotacion del eje unico, que se configura para la rotacion alrededor de un eje vertical en un angulo Azll para dirigir al laser 8 hacia la posicion de lanzamiento del misil 2, en la que se localiza la unidad de control 7 del misil 2.
La plataforma de rotacion 9 se configura tfpicamente para ser montada sobre una superficie base, por ejemplo el terreno, vehfculo, una plataforma de transporte de soldados, etc., de modo que el eje de rotacion sea perpendicular a la superficie base. En algunas realizaciones, el eje de rotacion se disena de modo que este sustancialmente alineado con el eje vertical.
En la operacion, el detector 3 detecta el misil 2 en aproximacion, y proporciona una senal a la plataforma de rotacion 9 indicativa de la posicion del misil 2. En base a dicha senal, la plataforma 9 gira alrededor del eje vertical en un angulo Azll, apuntando de ese modo al laser 8 hacia el misil 2.
Posteriormente, el laser emite un haz laser 11 de dispersion amplia, que ilumina la unidad de control 7 con radiacion de alta potencia. Los detectores de la unidad de control 7 son perturbados por el haz laser, impidiendo de ese modo la operacion apropiada de la unidad de control 7. Una vez que la unidad de control cesa de proporcionar el control apropiado al misil 2, se provoca que este ultimo se desvfe de su trayecto de vuelo de ataque apropiado.
Pasando ahora a la Fig. 3A, el sistema de contramedidas S cuando el misil 2 esta volando bajo, lo que es tfpico para un misil guiado antitanque (ATGM). En este caso la unidad de control 7 y el misil 2 son iluminados ambos por el haz laser 11, perturbando de ese modo tanto los cabezales opticos de vision delantera del misil 2 como los medios de guiado del observador 7.
Pasando ahora a la Fig. 3B, se observa que el espacio entre el misil 2, observador 7 y sistema de contramedidas S
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puede incluir objetos 12 no relacionados adicionales tales como vetuculos, arboles, niebla, edificios, etc. Algunos objetos pueden afectar al haz del laser 8 mediante reflexion de dispersion de la luz laser (arboles, piedras, paredes), y algunos objetos pueden afectarle proporcionando reflexion especular (ventanas, agua). Se apreciara que dichas reflexiones 13, 14 pueden iluminar tambien a la unidad de control 7 o al misil 2, introduciendo capacidades de desviacion adicionales.
Pasando ahora a las Figs. 4A y 4B, se muestra una plataforma base, designada en general como P, y que tiene montada sobre ella una pluralidad de laseres 8a, 8b, 8c en una colocacion y orientacion predeterminadas.
La plataforma, en este ejemplo una placa de montaje metalica, se configura para revolucion con respecto a un eje de rotacion Z, que, cuando se monta la plataforma sobre un vetuculo/terreno, etc., se configura para quedar alineada con la direccion vertical. La disposicion es tal que cuando gira la plataforma de rotacion, el haz laser gira con ella a lo largo del plano horizontal.
Cada uno de los laseres 8a, 8b, 8c puede montarse sobre la superficie de montaje sustancialmente de la misma manera, y se configura para la emision de radiacion en aproximadamente la misma direccion. En particular, uno o mas de los laseres 8a, 8b, 8c pueden ser laseres de semiconductor situados sobre placas de montaje individuales para manipulacion, refrigeracion, alineacion y fijacion de los laseres de semiconductor.
En el presente ejemplo, las placas de montaje individuales ma, mb, mc se situan sobre la placa de montaje P, y los laseres de semiconductor 8a, 8b, 8c se situan sobre los montajes individuales ma, mb, mc respectivamente.
Con referencia particular a la Fig. 4B, cada uno de los laseres 8a, 8b, 8c tiene un eje lento (dimension ancha transversal a la direccion de emision del laser) paralelo a la superficie de montaje de la placa de montaje o montajes individuales, y un eje rapido (direccion transversal - altura estrecha) paralela al eje de rotacion Z de la placa de montaje P. En este caso, el eje del haz de salida (combinada) del laser esta en una direccion horizontal. Se observa que la dispersion del haz laser es estrecha en el plano horizontal y ancha (es decir alta) en el plano vertical.
La potencia de salida total del haz laser es proporcionar a la cantidad de emisores laser individuales (cuando se usan emisores similares). La fuente laser puede incluir optica de enfoque, desenfoque o colimacion, sin embargo, en otro ejemplo las dispersiones de los haces de emisores laser individuales pueden formar la dispersion combinada del haz laser del sistema completo. Espedficamente, cuando se alinean los emisores laser en la misma direccion la dispersion de campo lejano individual de cada haz de emisor laser puede ser similar a la dispersion del haz laser.
Alternativamente, los emisores laser pueden disponerse teniendo orientaciones diferentes con respecto a la direccion del haz laser (combinada), de modo que la dispersion del haz laser sea mayor que una dispersion de campo lejano de los haces de emisores laser individuales.
Dirigiendo la referencia particular a la Fig. 4B, se muestran las orientaciones y superposiciones de las dispersiones del haz laser 11a, 11b, 1lc de multiples emisores laser con respecto al eje de rotacion de la plataforma de rotacion P. La dispersion del haz laser es suficientemente grande en la direccion vertical, lo que en este caso corresponde a la direccion del eje Z. Sin embargo, se observa que la dispersion del haz laser en la direccion horizontal es relativamente pequena.
Como resultado de la dispersion anterior, mientras que el haz cubre un area amplia que se expande a lo largo de la direccion vertical, cubre un area sustancialmente mas estrecha en la direccion horizontal, por lo que se requiere el giro de la plataforma de rotacion para colocar al haz laser sobre la unidad de control 7 y/o el misil 2.
Se aprecia que la gran dispersion vertical del haz laser puede tener en cuenta variaciones de altitud del terreno, o alternativamente, una inclinacion de la plataforma de rotacion de eje unico con respecto al plano horizontal, permitiendo aun de ese modo que el haz laser emitido hacia una amenaza localizada sustancialmente de modo horizontal o en una direccion inclinada en oposicion con respecto al laser, aun ilumine la amenaza con radiacion. La plataforma puede asf estar libre de medios para su traslado lineal.
Pasando ahora a la Fig. 5A muestra una orientacion y superposicion ejemplar de las dispersiones del haz laser de multiples laseres cuando la dispersion de cada haz emisor de laser esta proxima, a lo largo de la direccion AZ, a la dispersion del haz laser deseada (combinada) del sistema. Los haces laser de los laseres individuales la, lb, lc se superponen, dando como resultado una lsum de intensidad incrementada para un laser de alta potencia. Se observa que, en el ejemplo presente, la dispersion del haz laser permanece sin cambiar.
Es importante hacer notar que cada laser individual tiene motas o localizaciones aleatorias de baja intensidad, tambien denominadas “agujeros” (no mostradas). La localizacion y distribucion de las motas es diferente para cada haz emisor laser individual. Cuando se anaden juntos muchos haces de emisores laser, los maximos de cada haz se solapan con los mmimos de otro haz, de modo que la distribucion de la intensidad de suma global (o distribucion de la potencia laser) se hace mas homogenea con el incremento de la cantidad de haces laser individuales. Como resultado, el haz de alta potencia no presenta motas (“agujeros”).
Se apreciara tambien que no se requiere que los laseres individuales sean coherentes entre sf, y cada uno puede
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tener diferentes longitudes de onda y fases. Las diferencias entre los laseres individuales pueden ser muy pequenas, aunque esto es suficiente para impedir una correlacion de fase e interferencias entre ellos. El haz suma incluye as^ la radiacion de todas las longitudes de onda y fases de los laseres individuales, y se superponen para proporcionar una suma de intensidades.
Correspondientemente, se reducen las modulaciones de intensidad del haz suma (haz laser combinado), haciendo asf la suma del haz laser sustancialmente homogeneo (teniendo una dispersion de intensidad sustancialmente suave). Cuando los emisores laser se configuran para emitir sus haces de emisores laser individuales a diferentes longitudes de onda, el haz suma resultante es tambien sustancialmente espectralmente uniforme, es decir, los emisores laser se disponen de modo que las diferentes longitudes de onda de los haces de los emisores laser individuales se presenten sustancialmente en la totalidad de la parte principal (la mayona) de la dispersion del haz suma e individualmente, por longitud de onda, tienen una distribucion sustancialmente homogenea.
Pasando ahora a la Fig. 5B, se muestra otro ejemplo de orientacion y superposicion de dispersiones del haz de laser de multiples emisores laser, en este caso, cuando la dispersion de cada laser es mas pequena, a lo largo de la direccion AZ, que la dispersion del haz laser deseada del sistema.
Bajo esta disposicion, la direccion de cada laser individual se cambia de modo que la superposicion de los haces laser lsum tiene una dispersion ancha sustancialmente homogenea en el eje optico, teniendo una parte plana Pl a lo largo de su dispersion en la direccion AZ. La dispersion del haz laser se elige de modo que el valor de intensidad en la parte plana Pl sea suficiente para la desviacion de una amenaza (por ejemplo, para un misil —por la perturbacion de su comunicacion de guiado con la unidad de control y/o afectando directamente a su cabezal teledirigido—). La optimizacion de la distribucion del haz laser en esta forma da como resultado una eficiencia mejorada, coste reducido y un reducido consumo de potencia del sistema.
Se dirige la atencion ahora a la Fig. 6 que ilustra la orientacion y forma de un haz laser del sistema de acuerdo con una realizacion de la materia objeto actualmente desvelada. Una dispersion horizontal de Anchura a Media Altura (FWHM, del ingles “Full Width Half Maximum”) del haz laser tiene aproximadamente 3-10° (grados) y una dispersion FWHM vertical del haz laser tiene aproximadamente 15-30° (grados). El termino “dispersion FWHM” tal como se usa en el presente documento se refiere a la dispersion (en grados) que corresponde al valor completo de la irradiacion en el maximo medio de su funcion de distribucion. En terminos mas simples, se puede hacer referencia a la dispersion completa del haz laser como medida en grados de acuerdo con los eje respectivos. El eje de rotacion de la plataforma de rotacion es vertical, de modo que el haz laser pueda girarse en el plano horizontal. Otras realizaciones pueden tener intervalos de angulos mayores, por ejemplo 5-90 grados en el plano vertical y 1-30 grados en el plano horizontal. Dicho haz puede tener una intensidad mas baja, pero ilumina un sector angular mayor y soporta sistemas defensivos que tienen tolerancias mayores y que tienen que manejar incertidumbres mayores de coordenadas angulares.
Se hace referencia ahora a la Fig. 7, que muestra un espectro optico ejemplar del sistema de contramedidas que incluye algunas longitudes de onda preferidas de los laseres y bandas operativas de sistemas de contramedidas de acuerdo con la materia objeto actualmente desvelada. Las bandas operativas se asignan mediante ventanas de transparencia de la atmosfera, sensibilidad espectral de los detectores aplicados a los misiles y en las unidades de control de los misiles, longitudes de onda operativas de los misiles, y por las longitudes de onda de los laseres de alta potencia que pueden construirse a bajo coste con alta fiabilidad.
En general, el intervalo total de longitudes de onda operativas es desde aproximadamente 780 nm a 4300 nm. Espedficamente, las bandas operativas pueden estar en el intervalo de 780 nm a 1100 nm, 1450 nm a 2200 nm y 3200 nm a 4300 nm. Las longitudes de onda operativas de los laseres de alta potencia - bajo coste son 780-815 nm, 880 nm, 905-990 nm, 1020-1070 nm, 1500-1600 nm, 1700-2100 nm, 3900 nm - 4100 nm, y hay otras longitudes de onda que pueden conseguirse en una forma efectiva en coste.
El sistema de contramedidas de la presente solicitud puede funcionar en una unica longitud de onda, por ejemplo si el tipo de amenaza ya es conocido, y asf usar esa longitud de onda espedfica para neutralizar la amenaza. En otros casos, puede incorporarse un haz laser que tenga unas pocas longitudes de onda, para proporcionar respuesta a varios tipos de amenazas o amenazas sofisticadas. En algunas realizaciones, el perturbador laser se configura para producir un haz laser con longitudes de onda en el intervalo espectral de hasta 20 micras, particularmente 4 a 20 micras, mas particularmente 6 a 16 micras e incluso mas particularmente 8 a 12 micras.
Ademas, el sistema de contramedidas puede incluir un perturbador laser que se configura para incluir unos LED en el espectro de luz visible y/o ultravioleta que emiten haces de emision laser que forman el haz laser combinado o haces separados dirigidos sustancialmente en la misma direccion que el haz laser combinado.
Pasando ahora a la Fig. 8, se muestra un diagrama de la colocacion y orientacion de una matriz de multiples laseres 8a, 8b, etc. sobre una placa de montaje 8cl, con respecto al eje de la plataforma de rotacion Z. Cada laser simple 8a puede ser un emisor laser de semiconductor simple. Se usan matrices de laseres de semiconductor (barras laser) para escalar la potencia de los laser de semiconductor de una forma efectiva en coste. Una matriz de laseres de semiconductor (diodos laser) tiene tfpicamente 10 mm de ancho, y tfpicamente incluye mas de 50 emisores unicos.
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Cuando se compara con el ancho de un unico emisor (0,05-0,2 mm), se consigue un incremento de potencia dramatico, por ejemplo desde unos pocos vatios de un unico emisor laser de semiconductor, hasta unos pocos centenares de vatios para una matriz de emisores laser de semiconductor. Las barras laser tienen su propio eje paralelo a la superficie de montaje de la placa de montaje de modo que, y de acuerdo con la presente ejemplo, la superficie de montaje se disena para disponerse de una forma horizontal (normal al eje de rotacion Z), tal como se muestra en la Fig. 8.
Pasando ahora a las Figs. 9A y 9B, las barras laser pueden formarse en apilados (o matrices) de barras laser orientadas de una forma similar y montadas juntas en sus placas de montaje metalicas. Los apilados de laser se usan para incrementar la potencia del laser al nivel mas alto que puede conseguirse con laser de semiconductores. La potencia del laser de las pilas laser esta tipicamente en el intervalo de 1 kW a 100 kW. Los apilados convencionales solo incluyen barras laser que se montan paralelas entre sf.
Espedficamente, el diagrama de la Fig. 9A muestra la colocacion y orientacion de matrices de laseres en multiples placas de montaje 8cli, 8cl2, 8cl3 con respecto al eje de la plataforma de rotacion Z de acuerdo con la materia objeto actualmente desvelada. Las placas pueden disponerse paralelas entre sf para proporcionar la minima dispersion del haz laser. Cada una de las placas 8cli, 8cl2, 8cl3 puede ser generalmente similar a la placa 8cl previamente descrita y mostrada con respecto a la Fig. 8.
Sin embargo, con referencia particular a la Fig. 9B, se aprecia que, en otras realizaciones, las placas pueden girarse relativamente entre sf para incrementar la dispersion del haz laser (combinado) en los planos vertical y/o horizontal, cuando se compara con la dispersion de un haz laser emitido por una barra individual.
Otra forma mas de incrementar la potencia laser es introducir operacion en pulsos. En algunas realizaciones, los laseres de semiconductor operan con una potencia de pico por encima de la potencia de onda continua (CW), mientras que la radiacion de pulsos y los ciclos de trabajo son pequenos. La temperatura de la union laser resultante es mas baja en este modo en pulsos, y el laser es mas eficiente.
La Fig. 10 muestra un diagrama de tiempo de una operacion laser, que incluye trenes de multiples pulsos laser seguidos por un penodo de enfriamiento. Los pulsos laser cortos, que incluyen incluso un unico pulso en algunas realizaciones, son suficientes para perturbar la operacion de una unidad de control y desviar un misil en menos de un segundo. Posteriormente, el laser puede apagarse para permitir el enfriamiento, y para mejorar el consumo de potencia y gestion termica.
La Fig. 11 muestra un diagrama de un circuito de descarga y refrigeracion de un laser de pulsos convencional, de la tecnica anterior. El laser consiste en un controlador laser y un cabezal laser. El controlador laser incluye un condensador para la acumulacion y almacenamiento de energfa electrica, un cargador para el condensador y un enfriador. El cabezal laser incluye diodos laser y medios de refrigeracion tal como un refrigerador en base a agua. El agua disipa el calor de los diodos laser. El enfriador circula y refrigera el agua. El controlador laser y el cabezal laser se conectan a un cable de RF. El cabezal laser y el enfriador se conectan mediante tubenas.
Se hace referencia ahora a la Fig. 12 que muestra un circuito de descarga integrado y una disposicion de refrigeracion del laser de pulsos de acuerdo con la materia objeto de la presente solicitud. El circuito incluye un controlador del laser que tienen un cargador y una tarjeta logica, un cabezal laser que incluye emisores de semiconductor, un conmutador de semiconductor, un condensador de alta frecuencia y medios de refrigeracion.
El controlador del laser se configura para cargar lentamente el condensador usando una corriente de carga relativamente baja. El condensador se descarga a traves de un laser de semiconductor usando pulsos cortos de alta corriente. Esta configuracion permite a los circuitos de descarga ser de peso ligero, eficientes y fiables debido a sus pequenas dimensiones. Pequenas dimensiones de los circuitos y cortos cables que tienen baja resistencia y baja induccion. Eso facilita una generacion eficiente de cortos pulsos. La conexion del controlador laser y el cabezal laser es simple, debido a los requisitos simplificados.
El cable LF es un cable de baja frecuencia que se usa para la carga del (de los) condensador(es). El proceso de carga lleva un tiempo mas largo que el proceso de descarga. Por ejemplo, el tiempo de carga puede ser de 0,1 s a 10 s, mientras que el tiempo de descarga puede ser de 100 ns a 1 ms. De ese modo, el tiempo de carga puede ser, por ejemplo, de 5-6 ordenes de magnitud mas largo, consecuentemente los requisitos para la frecuencia del cable se reducen significativamente, con relacion a la tecnica anterior.
Una de las diferencias entre la disposicion de la materia objeto de la presente solicitud tal como se muestra en la Fig. 12 y la disposicion de la tecnica anterior tal como se muestra en la Fig. 11 reposa en la localizacion del conmutador. Espedficamente, mientras que en la solucion convencional que se muestra en la Fig. 11, el conmutador es una parte del controlador laser, y el circuito de descarga incluye un cable que conecta el controlador laser y el cabezal laser, de acuerdo con la materia objeto de la presente solicitud, el conmutador es una parte del circuito descarga del (de los) condensador(es) de almacenamiento de energfa a traves del laser de semiconductor.
Volviendo a la Fig. 12, el conmutador y el (los) condensador(es) de almacenamiento de energfa se muestran situados en el cabezal laser. Las dimensiones globales del circuito de descarga son un orden de magnitud menor
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que en la solucion de la tecnica anterior convencional. Esas dimensiones estan limitadas por las dimensiones del laser de semiconductor, del conmutador y del (de los) condensador(es). Las dimensiones tfpicas de un laser de semiconductor de alta potencia y del conmutador semiconductor son de aproximadamente 1 cm. Esto es las dimensiones del circuito de descarga son aproximadamente 2 cm - 3 cm, o dos ordenes de magnitud menores que para sistemas de la tecnica anterior convencionales. Es posible tomar nota de que algunos elementos del circuito de descarga convencional (tales como el cable y conectores) se eliminan o alteran. Esto hace al sistema propuesto mas rapido, mas eficiente, mas fiable y menos caro.
Algunas ventajas del circuito de descarga integrado (IDC) de la materia objeto actualmente desvelada sobre la tecnica anterior incluyen un ancho de los pulsos de alta potencia mas corto (por ejemplo 1 js en lugar de 100 js), mejor eficiencia (eficiencia de descarga 60 % - 80 % en lugar del 20 % - 50 %), mejor fiabilidad, dimensiones mas pequenas de los condensadores (~mas pequenas en 2-5 veces), diferencias estructurales tales como ausencia de cables y conectores de cables, y otros, como se apreciara por los expertos en la materia.
En particular, la disposicion del IDC desvelada en la Fig. 12 permite, entre otras, las siguientes ventajas:
- reduccion de la resistencia parasita, capacidad parasita e induccion parasita debido al acortamiento del cable;
- reduccion de las perdidas de energfa en el condensador de almacenamiento;
- reduccion de la capacidad del cable para funcionar como la antena, reduciendo de ese modo las emisiones en frecuencia de radio;
- incremento de la capacidad para la generacion de pulsos cortos;
- disminucion de los picos que sobrepasan la corriente de descarga, y en consecuencia reduccion del dano a los laseres;
- reduccion de resistencia y perdidas.
Se ha de tomar nota de que al menos algunas de las ventajas anteriormente mencionadas se resaltan cuando la duracion del pulso es menor de 0,1 ms (o incluso de 0,01 ms), y las corrientes de descarga estan por encima de 10 amperios (o incluso 100 amperios), como en algunas realizaciones de la materia objeto actualmente desvelada.
Ademas de lo anterior, el area total de las uniones activas de semiconductor de todos los emisores esta por encima de 100 milfmetros cuadrados, suficiente para absorber el calor generado durante la emision laser sin incremento de la temperatura de los emisores y sin refrigeracion por lfquido.
Pasando ahora a las Figs. 13A y 13B, muestran una realizacion de la materia objeto actualmente desvelada, que incluye el montaje de laseres de semiconductor en una forma que consigue durabilidad frente a choques y vibraciones mientras se reducen las tensiones termicas y se proporciona extraccion del calor. Esto se consigue mediante el emparedado de los laseres de semiconductor entre piezas ffsicamente mecanizadas del disipador termico 1, que al menos principalmente esta compuesto de metal.
Las piezas se disenan para formar una cavidad (espacio HH) que coincide precisamente con el grosor del laser de semiconductor (TS). Los grosores del laser TS se hacen menores que el espacio HH en pocas micras. En esta forma, el disipador termico 1 permanece fijado al laser todo el tiempo, mientras el laser de semiconductor esta mecanicamente protegido de tensiones, choques y vibraciones por la forma particular y dureza del disipador termico. El laser de semiconductor y el disipador termico cambian sus dimensiones con la temperatura. Esto no crea tensiones y fracturas en los elementos, debido a que no estan soldados entre sf Las piezas permanecen fijas relativamente entre sf debido a fuerzas de flexion.
Como puede verse en la Fig. 13A, las uniones (diodos) del laser de semiconductor se forman en sustratos de semiconductor (chip del laser de semiconductor en la Fig. 13A). El calor generado en los diodos laser de semiconductor se distribuye dentro del material del sustrato semiconductor, que realiza una funcion de condensador de calor y distribuidor de calor. Las dimensiones y capacidad termica del semiconductor son suficientemente grandes para absorber energfa de un unico pulso laser sin incremento significativo de su temperatura. La placa de montaje metalico sirve como un primer disipador termico, junto con la placa adicional que sirve como la parte superior del primer disipador termico, y esta en contacto termico con la placa de montaje, es decir fijada a ella en este caso. El sustrato semiconductor (chip) no esta fijado a la placa de montaje o a la parte superior, sino por el contrario solo colocado sobre el, impidiendo asf danos frente a expansiones termicas variables de la placa de montaje metalica y del sustrato de semiconductor. Sin embargo, se apreciara que en algunas realizaciones, el sustrato puede estar fabricado de metales y puede fijarse a la placa de montaje, o incluso formar una pieza unica.
Con referencia adicional a la Fig. 13A, los emisores laser se fijan por presion en su sitio y quedan fijados mediante fuerzas de friccion sin adhesion, soldadura o soldadura termica. La placa superior adicional puede anadirse tanto para incrementar la transferencia termica desde el sustrato, y en algunas realizaciones los diodos laser directamente, como para soportar el sustrato sobre un lado opuesto a la placa de montaje, asegurando asf ademas que no se mueve e incrementando la presion estatica que le sujeta en su sitio. Aun se permite en dichas realizaciones la expansion termica del sustrato por el encaje entre el sustrato y las placas, y en sus laterales tal como se muestra en la Fig. 13A. El disipador termico 1 esta en contacto con la matriz laser solo a lo largo de dos superficies de la misma de modo que la matriz laser pueda expandirse termicamente a los laterales. No se permite
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ningun movimiento durante los choques, dado que las fuerzas de fijacion (friccion) son mas fuertes que las fuerzas del choque (aceleracion).
Se ilustra en la Fig. 13B una estructura de montaje y refrigeracion detallada del chip laser. El chip (sustrato con diodo(s)) se encierra en el disipador termico 1. El calor generado en las uniones laser del chip se transfiere al chip, que circula el calor desde el chip al disipador termico 1. Un refrigerador termoelectrico (TEC) transfiere el calor desde el disipador termico 1 (montaje del chip) al disipador termico 2 (base del cabezal laser). El TEC esta alimentado externamente. El disipador termico 1 se fija mecanicamente sobre y se fija al disipador termico 2. En estas realizaciones, se usan cojines de aislamiento termico para impedir el flujo de calor de vuelta desde el disipador termico 2 al disipador termico 1. A continuacion el calor fluye desde el disipador termico 2 a la plataforma giratoria, que por sf misma funciona como un gran disipador termico. La ilustracion no incluye un pedestal, pero la plataforma giratoria se fija normalmente al pedestal, que acepta calor desde la plataforma giratoria, sirviendo asf como un “tercer” disipador termico en esta realizacion.
Como se muestra en la Fig. 13B, el calor se transfiere desde el laser de semiconductor al primer disipador termico 1 y esto ocurre durante intervalos relativamente largos entre los pulsos laser. Las dimensiones y la capacidad termica del primer disipador termico 1 son mayores que las dimensiones del sustrato y el laser de semiconductor, consecuentemente el disipador termico 1 puede acumular y transferir el calor generado por muchos pulsos laser. El disipador termico 1 se monta en un segundo disipador termico 2 mas grande. El calor se transfiere desde el disipador termico 1 al disipador termico 2, en donde se acumula durante un periodo mas largo, mientras esta funcionando el laser. El calor se disipa durante el periodo de enfriamiento (periodo de desconexion) del laser.
El material de un chip (sustrato) es un cristal semiconductor, por ejemplo GaAs o GaAlAs u otro semiconductor, en esta realizacion. Partes del disipador termico 1 estan fabricadas de cobre o aleacion de cobre. Los cojines termicos pueden fabricarse de indio o laminas de cobre, o goma de silicona termicamente conductora, o compuestos termicos de carbono. Los cojines de aislamiento termico estan fabricados con materiales que tienen baja conductividad termica, tales como compuestos de fibra de vidrio, kapton, laminas de poliimida. El disipador termico 2 puede fabricarse de cobre o aleaciones de cobre o de aleaciones de aluminio. El aluminio es significativamente mas ligero que el cobre, aunque sigue teniendo una alta conductividad termica. El disipador termico 3 (de la plataforma giratoria) puede fabricarse de aleacion de aluminio o de acero.
Pasando ahora a las Figs. 15A, 15B y 16, se muestra una ilustracion esquematica de una estructura ejemplar de una parte de un perturbador laser de unica unidad, que comprende tres compartimentos. Los circuitos de descarga se montan sobre la plataforma de rotacion en estrecha proximidad a los emisores laser. Se debena entender que el tercer compartimento tambien puede separarse del primer y segundo compartimentos o situarse en una unidad separada. El cabezal laser incluye esencialmente un compartimento sellado con emisores laser de semiconductor, ventana de salida, disipador termico e interfaz de montaje. El cabezal laser incluye tambien circuitos de descarga completos que incluyen condensadores de almacenamiento de energfa e conmutador de semiconductor de descarga.
Claims (16)
- 5101520253035404550REIVINDICACIONES1. Un perturbador laser configurado como una parte de un sistema de contramedidas, que comprende:- una fuente laser que comprende al menos dos compartimentos adyacentes estando cada uno hermeticamente sellado y teniendo un tabique entre ellos que separa hermeticamente los compartimentos entre sf;- un primero de los dos compartimentos comprendiendo en el una pluralidad de emisores laser, y el segundo compartimento comprendiendo en el condensadores electricamente conectados a dichos emisores laser a traves de conexiones electricas que pasan a traves de dicho tabique y conectados a un cargador externo, y un conmutador para la activacion de los emisores laser por medio de dichos condensadores, en el que se cumple al menos una de las siguientes condiciones:- dicha fuente laser esta configurada para proporcionar pulsos laser que tienen una potencia de pico por encima de 100 vatios, particularmente por encima de 1000 vatios, y teniendo una rampa de subida de duracion del pulso laser de menos de 5 microsegundos, particularmente menos de 2 microsegundos;- dicha fuente laser esta configurada para proporcionar una amplitud de corriente de bombeo laser por encima de 100 amperios, particularmente por encima de 200 amperios, y teniendo un tiempo de subida de duracion del pulso laser de menos de 5 microsegundos, particularmente menos de 2 microsegundos; y-teniendo la fuente laser una potencia laser optica espedfica de pico de al menos 10 vatios/centfmetro cubico, particularmente al menos 30 vatios/centimetro cubico.
- 2. El perturbador laser de acuerdo con la reivindicacion 1, en el que los emisores laser emiten haces de emision laser que forman juntos un haz laser combinado que tiene una dispersion predeterminada a lo largo de su eje optico.
- 3. El perturbador laser de acuerdo con la reivindicacion 1 o 2, en el que el haz laser tiene una primera dispersion y una segunda dispersion en planos respectivos que son paralelos a su eje optico y son perpendiculares entre sf, siendo mayor dicha primera dispersion que dicha segunda dispersion.
- 4. Un perturbador laser de acuerdo con la reivindicacion 1, 2 o 3, en el que la fuente laser es una fuente laser de IR.
- 5. Un perturbador laser de acuerdo con la reivindicacion 4, en el que la fuente laser esta configurada para emitir el haz laser con una distribucion espectral predeterminada de la que al menos una parte esta en un intervalo de 780 nm - 4300 nm.
- 6. Un perturbador laser de acuerdo con la reivindicacion 5, en el que la distribucion espectral es no continua.
- 7. Un perturbador laser de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, en el que la fuente laser esta configurada para emitir el haz laser en al menos un pulso, no siendo mas largo de 5 segundos, particularmente, no mas largo de 0,5 segundos, mas particularmente, no mas largo de 1 ms.
- 8. Un perturbador laser de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7, en el que los emisores laser tienen al menos dos de sus caractensticas de tamano, masa y volumen, iguales para al menos una mayona de los emisores.
- 9. Un perturbador laser de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8, en el que los emisores laser se disponen a lo largo de dos dimensiones de la fuente laser.
- 10. Un perturbador laser de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9, en el que los emisores laser son diodos laser.
- 11. Un perturbador laser de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 10, que comprende ademas una pluralidad de sustratos cada uno de los cuales contiene al menos uno de dichos diodos laser.
- 12. Un perturbador laser de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 11, en el que el perturbador laser comprende ademas unos LED en el espectro visible.
- 13. Un perturbador laser de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 12, en el que los emisores laser estan instalados a una distancia de no mas de 10 cm, particularmente, no mas de 5 cm desde los condensadores.
- 14. Un perturbador laser de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 13, en el que los emisores laser estan conectados a los condensadores por medio de conectores electricos que no son mas largos de 10 cm, particularmente, no mas largos de 5 cm de longitud.
- 15. Un perturbador laser de acuerdo con la reivindicacion 1, en el que el haz laser es espectralmente uniforme al menos en una mayona de su dispersion, a las distancias predeterminadas, y una intensidad minima de radiacion laser en la mayona de la dispersion es mas del 50 % de una media de la intensidad de la radiacion laser en dicha mayona de la dispersion, a dichas distancias predeterminadas.
- 16. Un perturbador laser de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 15, que incluye ademas un tercer compartimento adyacente al segundo compartimento, estando dicho tercer compartimento hermeticamente sellado ycomprendiendo en el una tarjeta logica configurada para activar el conmutador y el cargador configurado para cargar los condensadores.
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