RU196583U1

RU196583U1 - Laser radiation channel control receiver

Info

Publication number: RU196583U1
Application number: RU2015116097U
Authority: RU
Inventors: Юрий Николаевич Жаров; Алексей Борисович Корнеев; Алексей Алексеевич Аксенов; Денис Иванович Маркин; Дмитрий Олегович Антонов; Александр Сергеевич Коледов
Original assignee: Российская Федерация, от имени которой выступает Министерство обороны Российской Федерации
Priority date: 2015-04-28
Filing date: 2015-04-28
Publication date: 2020-03-05

Abstract

Полезная модель относится к полупроводниковой оптоэлектронике, в частности к конструированию приемников излучения лазерно-лучевого канала управления. Наиболее эффективно может использоваться при создании атмосферных оптических линий связи, в частности при создании лазерных систем телеориентации движущихся объектов, например управляемых ракет. Приемник излучения лазерно-лучевого канала управления содержит однолинзовый объектив и кремниевый фотодиод, установленные в корпусе, причем линза объектива выполнена из цветного оптического ИК-стекла с нижней границей полосы пропускания, близкой длине волны лазерного излучателя 1,06 мкм, например из цветного оптического ИК-стекла марки ИКС970. Выполнение линзы объектива из цветного оптического ИК-стекла, например марки ИКС970, позволяет упростить конструкцию ПИ, повысить коэффициент пропускания объектива и снизить трудоемкость изготовления и себестоимость ПИ за счет уменьшения количества и упрощения конструктивных элементов ПИ. 2 фиг.The utility model relates to semiconductor optoelectronics, in particular, to the design of radiation receivers of a laser-beam control channel. It can be most effectively used to create atmospheric optical communication lines, in particular when creating laser teleorientation systems for moving objects, such as guided missiles. The radiation receiver of the laser-beam control channel contains a single-lens lens and a silicon photodiode mounted in the housing, the lens of the lens is made of colored optical IR glass with a lower passband border close to the wavelength of the laser emitter 1.06 μm, for example, color optical IR glass marks IKS970. The implementation of the objective lens of colored optical infrared glass, for example, the IKS970 brand, allows to simplify the design of the PI, increase the transmittance of the lens and reduce the complexity of manufacturing and cost of PI by reducing the number and simplification of the structural elements of PI. 2 of FIG.

Description

Полезная модель относится к полупроводниковой оптоэлектронике, в частности, к конструированию приемников излучения лазерно-лучевого канала управления. Наиболее эффективно может использоваться при создании атмосферных оптических линий связи, в частности, при создании лазерных систем телеориентации движущихся объектов, например, управляемых ракет.The utility model relates to semiconductor optoelectronics, in particular, to the design of radiation receivers of a laser-beam control channel. It can be used most effectively when creating atmospheric optical communication lines, in particular, when creating laser teleorientation systems for moving objects, for example, guided missiles.

Приемник излучения (ПИ) является основным узлом приемного тракта оптической системы лазерно-лучевого канала управления (ЛЛКУ). В числе основных требований, предъявляемых к ПИ, являются требования к высокой чувствительности при обнаружении модулированных лазерных сигналов как в условиях отсутствия световой засветки (темновые условия), так и при прямой солнечной засветке входной апертуры ПИ, а также в условиях модуляции входного светового потока, связанного, например, с вращением или нутацией ракеты в полете. Мощность светового потока на площадке входного отверстия ПИ при облученности от Солнца на поверхности Земли равна 60 мВт/см²⋅мкм. Длина волны лазерного излучателя ЛЛКУ с твердотельным лазером обычно равна 1,06 мкм. ПИ должен обеспечивать работоспособность при приеме модулированных лазерных сигналов в большом динамическом диапазоне лазерных мощностей в темновых условиях и обеспечивать работоспособность при прямой солнечной засветке. Для достижения оптимальных условий приема оптического излучения лазера, спектральная чувствительность ПИ должна быть согласована с узким спектром полезного монохроматического лазерного излучения 1,06 мкм. При выборе оптической системы ПИ канала ЛЛКУ учитывался тот факт, что в данном случае не ставится задача получения качественного изображения, а достаточно лишь обеспечить передачу требуемого количества энергии от входного зрачка системы на фоточувствительную площадку приемника, поэтому в ПИ канала ЛЛКУ обычно используется простой однолинзовый объектив.The radiation receiver (PI) is the main node of the receiving path of the optical system of the laser beam control channel (LLCU). Among the main requirements for PI are the requirements for high sensitivity when detecting modulated laser signals both in the absence of light exposure (dark conditions) and in direct sunlight exposure of the input aperture of the PI, as well as in conditions of modulation of the input light flux associated with , for example, with the rotation or nutation of a rocket in flight. The power of the light flux at the site of the PI inlet when irradiated from the Sun on the Earth's surface is 60 mW / cm ² ⋅ μm. The wavelength of the laser emitter LLKU with a solid-state laser is usually equal to 1.06 μm. PI must ensure operability when receiving modulated laser signals in a large dynamic range of laser powers in dark conditions and ensure operability in direct sunlight. To achieve optimal conditions for the reception of optical laser radiation, the spectral sensitivity of the PI should be consistent with a narrow spectrum of useful monochromatic laser radiation of 1.06 μm. When choosing the optical system of the PI channel of the LLCU, the fact was taken into account that in this case the task of obtaining a high-quality image is not posed, but it is enough to ensure the transfer of the required amount of energy from the entrance pupil of the system to the photosensitive area of the receiver, so a simple single-lens lens is usually used in the PI channel of LLCU.

Традиционно структурная схема ПИ канала ЛЛКУ содержат ИК-светофильтр, однолинзовый объектив и кремниевый фотодиод, установленные в общий корпус (см. например, «Теоретические основы проектирования ствольных управляемых ракет», монография под ред. О.П. Коростелева, Киев, Изд. DEFENSE EXPRESS LIBRARY, 2007 г., стр. 284, рис. 7.7). Входная линза обеспечивает прием лазерного излучения в требуемом угле поля зрения, определяемого динамикой полета ракеты. ИК-светофильтр подавляет излучение волн, длина которых меньше рабочей длины волны канала ЛЛКУ, и обеспечивает узкополосную результирующую характеристику ПИ с использованием широкополосного кремниевого фотодиода.Traditionally, the structural diagram of the PI channel of the LLKU contains an infrared light filter, a single-lens lens and a silicon photodiode installed in a common building (see, for example, “Theoretical Foundations of the Design of Barrier Guided Missiles”, monograph edited by O. P. Korostelev, Kiev, DEFENSE. EXPRESS LIBRARY, 2007, p. 284, Fig. 7.7). The input lens provides laser radiation at the desired angle of field of view, determined by the dynamics of the flight of the rocket. The IR-filter suppresses the emission of waves whose length is less than the working wavelength of the LLLC channel, and provides a narrow-band resulting characteristic of the PI using a broadband silicon photodiode.

Недостатком традиционной схемы является сложность конструкции ПИ из-за наличия однолинзового объектива, ИК-светофильтра и кремниевого фотодиода на одной оптической оси.The disadvantage of the traditional scheme is the complexity of the design of the PI due to the presence of a single-lens, IR filter and a silicon photodiode on one optical axis.

Целью полезной модели является упрощение конструкции ПИ и снижение его себестоимости.The purpose of the utility model is to simplify the design of PI and reduce its cost.

Сущность полезной модели заключается в том, что в приемнике излучения лазерно-лучевого канала управления, содержащем однолинзовый объектив и кремниевый фотодиод, установленные в корпусе, линза объектива выполнена из цветного оптического ИК-стекла с нижней границей полосы пропускания, близкой к длине волны лазерного излучателя 1,06 мкм. Например, линза объектива может быть выполнена из цветного оптического ИК-стекла марки ИКС970.The essence of the utility model lies in the fact that in the radiation receiver of the laser-beam control channel containing a single-lens lens and a silicon photodiode mounted in the housing, the objective lens is made of colored optical IR glass with a lower passband border close to the wavelength of the laser emitter 1 , 06 μm. For example, the lens of the lens can be made of colored optical IR glass brand IKS970.

Полезная модель поясняется чертежами фиг. 1 и фиг. 2. На фиг. 1 показана конструкция приемника излучения, где:The utility model is illustrated by the drawings of FIG. 1 and FIG. 2. In FIG. 1 shows the design of a radiation receiver, where:

1 - однолинзовый объектив из цветного оптического ИК-стекла, например, марки ИКС970;1 - single-lens made of color optical infrared glass, for example, brand IKS970;

2 - корпус приемника излучения;2 - the housing of the radiation receiver;

3 - кремниевый фотодиод, например, типа ФД-342;3 - silicon photodiode, for example, type FD-342;

4 - фоточувствительная площадка фотодиода.4 - photosensitive area of the photodiode.

На фиг. 2 показана спектральная характеристика ПИ, где:In FIG. 2 shows the spectral characteristic of the PI, where:

5 - спектральная характеристика кремниевого фотодиода (0,4…1,1 мкм);5 - spectral characteristic of a silicon photodiode (0.4 ... 1.1 μm);

6 - спектральная характеристика однолинзового объектива (0,96…2,4 мкм);6 - spectral characteristic of a single-lens (0.96 ... 2.4 microns);

7 - результирующая спектральная характеристика ПИ (0,96…1,1 мкм).7 - the resulting spectral characteristic of the PI (0.96 ... 1.1 microns).

Результирующая спектральная характеристика ПИ определяется суммарными спектральными характеристиками объектива и фотодиода. Однолинзовый объектив из цветного оптического ИК-стекла подавляет излучение волн, длина которых меньше рабочей длины волны канала ЛЛКУ, и обеспечивает спад результирующей характеристики спектральной чувствительности ПИ в области частот оптического излучения (солнечной засветки). Спад результирующей спектральной чувствительности ПИ в области длин волн, больших рабочей, обеспечивается спадом характеристики кремниевого фотодиода. Тип цветного оптического ИК-стекла выбирают таким, чтобы максимум результирующей спектральной чувствительности ПИ был как можно ближе к рабочей длине волны 1,06 мкм канала ЛЛКУ.The resulting spectral characteristic of the PI is determined by the total spectral characteristics of the lens and photodiode. A single-lens lens made of color optical infrared glass suppresses the emission of waves whose length is less than the working wavelength of the LLLC channel, and ensures a decrease in the resultant characteristic of the spectral sensitivity of PI in the frequency range of optical radiation (solar illumination). The decrease in the resulting spectral sensitivity of the PI in the region of wavelengths longer than the working one is ensured by the decrease in the characteristic of the silicon photodiode. The type of color optical infrared glass is chosen so that the maximum of the resulting spectral sensitivity of the PI is as close as possible to the working wavelength of 1.06 μm of the LLLC channel.

В случае применения в качестве материала для изготовления линзы объектива цветного оптического ИК-стекла марки ИКС970, имеющего полосу пропускания от 0,96 мкм до 2,4 мкм, и кремниевого фотоприемника ФД-342 или ФД-344, имеющих полосу от 0,4 мкм до 1,1 мкм, ширина спектральной характеристики ПИ составит Δλ, равна 0,14 мкм. При эффективном диаметре входного окна ПИ, равном 25 мм (S_вх равно 4,90 см²), значение постоянной составляющей тока от прямой солнечной засветке (L_сз равно 60 мВт/см²⋅мкм) составит меньше или равно 4 мА.In the case of using IKS970 colored optical infrared glass as a material for manufacturing an objective lens, having a passband from 0.96 μm to 2.4 μm, and an FD-342 or FD-344 silicon photodetector having a band from 0.4 μm up to 1.1 microns, the width of the spectral characteristics of the PI will be Δλ, equal to 0.14 microns. With an effective diameter of the PI input window equal to 25 mm (S _in = 4.90 cm ² ), the value of the direct current component from direct solar illumination (L _cz is 60 mW / cm ² ⋅ μm) will be less than or equal to 4 mA.

Выполнение линзы объектива из цветного оптического ИК-стекла, например, марки ИКС970 позволяет упростить конструкцию ПИ, повысить коэффициент пропускания объектива и снизить трудоемкость изготовления и себестоимость ПИ за счет уменьшения количества и упрощения конструктивных элементов ПИ.The implementation of the lens of the lens of colored optical infrared glass, for example, brand IKS970 can simplify the design of the PI, increase the transmittance of the lens and reduce the complexity of manufacturing and cost of PI by reducing the number and simplification of the structural elements of PI.

Claims

1. The radiation receiver of the laser-beam control channel containing a single-lens and a silicon photodiode mounted in the housing, characterized in that the objective lens is made of colored optical IR glass with a lower passband border close to the wavelength of the laser emitter 1.06 μm.

2. The radiation receiver according to claim 1, characterized in that the objective lens is made of colored optical IR glass of the IKS970 brand.