基于35mm高炮的激光光束准直技术研究

论文摘要

由于双35mm牵引高炮系统需要对远距离的目标进行激光瞄准,并且要求激光光斑在目标处的尺寸小于一定的技术参数要求,而在一般情况下,由于所使用的激光器具有较大的远场发散角;所以单纯使用激光器进行瞄准很难达到要求,故需要在高炮的炮管口安装一套准直整形系统,对出射的激光光束进行空间准直整形;以达到压缩光束远场发散角的目的。然而准直扩束系统因其具有材料便宜、结构简单以及容易加工等优点,故而在激光光束准直整形领域获得了非常多的实际应用。在本论文中,我们将采用半导体激光器作为激光瞄准的光源,因为半导体激光器具有许多方面的优点,诸如重量轻、体积小、功耗低以及可直接调制等,所以在诸多领域有着非常重要的应用价值;提出利用双平凸透镜构成一组准直扩束整形系统对半导体激光器的光束进行空间整形,以达到压缩光束在平行于结平面方向上和垂直于结平面方向上的远场发散角的目的。在介绍有关光学系统设计的基本步骤之上,以计算机为平台,利用光学仿真设计软件ZEMAX设计了一组扩束倍数为5倍的激光光束准直系统,而且仿真效果良好;然后又选用输出功率为200mw的532nm半导体激光器和一套制作好的扩束倍数为5倍的准直扩束系统进行了室外的远距离准直整形试验,对整个准直整形系统的性能进行了测试和研究,并且采集到了准直之前和准直之后的光斑图像,并对其进行了深入的计算和分析,通过准直之后的光束发散角被压缩到0.2mrad左右;接着,利用MATLAB软件对光斑图像进行了分析处理,给出了激光光强的二维和三维的相对分布图。由于35mm牵引高炮系统还需要对投射出去的准直光斑信号进行探测,所以,最后我们利用已经制作好的光束准直整形系统进行了室外的原向反射式光信号探测试验,由于反射回来的光信号强度较弱,因此在光电探测器的后边制作了一个放大电路,对转变之后的电信号进行放大,之后在遮光与不遮光的情况下,采集到了幅值为0. 9V,周期为8. 8ms,频率为113H z的反射信号。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 课题研究的背景、目的及意义
• 1.1.1 双35mm 牵引高炮系统概述
• 1.1.2 双35mm 牵引高炮系统的结构特点
• 1.1.3 半导体激光器概述
• 1.2 双35mm 牵引高炮系统的光束准直意义
• 1.3 论文的主要内容
• 第2章 基本理论基础
• 2.1 半导体激光器的基本工作原理
• 2.1.1 半导体激光器的粒子数目反转条件
• 2.1.2 半导体激光器的阈值增益
• 2.2 光的电磁理论基础
• 2.3 高斯光束
• 2.3.1 基模高斯光束
• 2.3.2 高斯光束的复参数传播和ABCD 定律
• 2.3.3 高斯光束的薄透镜变换
• 2.3.4 高斯光束的聚焦
• 2.3.5 高斯光束的准直
• 2.3.6 高斯光束强度的均匀化与模匹配
• 2.4 本章小结
• 第3章 35mm 高炮的激光准直整形系统设计
• 3.1 光学系统设计的理论基础
• 3.1.1 光学系统自动设计
• 3.1.2 常用的光学系统设计仿真软件
• 3.2.准直整形技术概述
• 3.3 激光准直扩束的光路分析
• 3.4 ZEMAX 软件的设计与仿真
• 3.5 本章小结
• 第4章 35mm 高炮的激光准直整形系统研究
• 4.1 准直整形系统试验方案
• 4.2 系统试验仪器的性能参数测试
• 4.2.1 532nm 半导体激光器的性能测试及参数
• 4.2.2 准直扩束系统的光路及参数
• 4.3 系统的试验数据采集与性能研究
• 4.3.1 室外试验及图像采集
• 4.3.2 试验的数据采集与结果分析
• 4.3.3 试验结果的误差分析
• 4.4 Matlab 对采集的光斑图像分析
• 4.5 准直整形系统外观壳体绘制
• 4.5.1 半导体激光器的壳体绘制
• 4.5.2 准直整形系统的壳体绘制
• 4.5.3 壳体材料的选择
• 4.6 本章小结
• 第5章 35mm 高炮的激光准直整形系统反射光信号探测试验研究
• 5.1 光电探测系统的组成及工作原理
• 5.1.1 光电探测器的性能参数
• 5.2 原向反射式光信号的探测试验研究
• 5.2.1 系统试验方案
• 5.2.2 系统试验模块及其工作原理和性能测试
• 5.2.3 系统试验及信号采集
• 5.3 本章小结
• 第6章 总结与展望
• 6.1 总结
• 6.2 展望
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文及所取得的研究成果
• 致谢