可见光波段多路激光合束及闭环校正技术研究

为了实现可见光波段多路不同波长激光的周期性闭环校正,设计了一种具有光束指向和位置偏差独立监测与调节的激光合束系统。首先,根据系统的应用需求,提出了合束系统的设计指标与整体合束方案。然后,在合束方案的基础上,建立了合束系统的光束控制模型,并通过数值仿真得到了合束系统光束控制的解算方法。闭环合束系统通过光束指向和位置监测装置分别实现合束激光指向偏差与位置偏差的独立监测,并根据监测结果进行光束调节装置控制量的解算;进而通过两维摆镜和一维平移台分别实现光束指向和位置偏差的独立高效调节。最后,采用两路不同波长的激光束,配合光束监测与调节装置,搭建了闭环合束模拟实验平台,对周期性闭环合束系统的合束效果进行了验证。实验结果表明:在长时间的工作过程中,两路激光均实现了与基准光路的精密合束,合束指向精度优于±7μrad,位置精度优于±0.84 mm。本研究所组建的激光合束系统不仅具有合束精度高、校正速度快、光路扩展性强的优势,而且可实现激光束的周期性闭环校正,能够有效保证合束激光的长期工作稳定性。

小体积长焦距激光指向监测装置研制

为了实现可见光波段多路不同波长激光的高精度合束与发射,设计了一套用于激光指向误差监测的紧凑型光学监测装置。根据光电跟瞄发射系统对激光合束与发射精度的应用需求,提出了光束指向监测装置的设计指标。在明确监测装置应用空间的基础上,分别对装置的光电探测器、光学系统和机械结构进行了详细设计,采用上下分层多次折叠的光学设计有效压缩了监测装置的轴向尺寸。完成精密加工、装调后,对光束指向监测装置的焦距、调制传递函数和监测精度进行了实验检测。结果表明:所设计的光束指向监测装置不仅体积小(200 mm×180 mm×140 mm)、焦距大(约1002 mm),而且对光束指向的监测精度高(优于10.0μrad),满足光电跟瞄发射系统的应用需求。

可见光多波段激光合束系统设计

为了实现可见光波段不同波长多路激光的精密合束,设计了一套激光合束系统。通过长焦距镜头和高缩束倍率镜头配合大面阵光电探测器分别实现合束激光指向与位置的高精度、实时监测;通过高精度的角度调节平台和位置调节平台分别实现光束指向和位置监测误差的实时补偿。在完成光束指向、位置监测镜头的设计加工及精密装调后,获得位置监测装置的监测分辨率为0.054 mm,指向监测装置的监测分辨率为3.5μrad;在完成光束位置校正平台、指向校正两维摆镜、闭环控制系统合束流程的详细设计后,对合束系统的合束精度进行实验检测和误差分析。实验结果表明:合束系统短时间内针对稳定光束的合束精度为:指向6.17μrad,位置优于0.66 mm;长时间内针对缓慢漂移光束的合束精度为:指向18.46μrad,位置优于0.72 mm。因此,所设计的激光合束系统合束精度高,并且可及时对光束的漂移误差进行自动补偿,满足系统的应用要求。

EAST装置微波反射成像系统光学性能评测

用宽为1cm的金属反射平面对EAST装置上96道(极向12道×径向8道)微波成像反射计的前端接收光路的道间距和探测光斑半径进行了测试,结果与仿真结果较为一致。用极向旋转的金属轮面作为反射面,研究了非理想光学条件下反射面旋转所引入的多普勒频移,结果与模拟值吻合。

Design and performance test of the fast-steering mirror with flexure hinge used in vehicle track-launch system

To accurately launch laser, a fast-steering mirror(FSM) with flexure hinge is designed. First, actuators, angle sensors and flexure hinge were designed or selected respectively according to requirements of vehicle track-launch system. Then, the servo control system with two closed loops was projected after fine manufacturing and assembling. Finally, the pointing precisions of FSM on the static and vibrancy platforms were tested. The results show that the designed FSM with pointing error range on the static platform is less than 0.9″, and less than 44.5″ on the vibrancy shaker, which can meet the requirements of vehicle track-launch system application.