激光回波模拟光源

摘要

本发明公开了一种激光回波模拟光源，包括装有被测激光器或标准激光器的屏蔽罩、光纤束、显示卡、空间滤波器、可变光阑、准直镜。光纤束含有多模光纤和根据测量内容而定的一组或多组单模光纤，光纤束接收端面是以多模光纤为背景、单模光纤为图案的采样区，多模光纤输出端接到所述显示卡上，单模光纤输出端面则以测量组为单元分区排列。光纤束接收端面通过连接件安装在屏蔽罩的光孔位置，单模光纤的激光输出通过空间滤波器选取和可变光阑限束后由准直镜准直。本发明可以模拟出高均匀性、小束散角、微峰值功率密度的激光回波，不仅可应用到激光标准测量仪器上作为标准光源，而且也可以在非试验场模拟激光应用系统的激光回波而进行系统的相关性能检测。

权利要求

1.一种激光回波模拟光源，包括放有激光器[7]的屏蔽罩[1]、空间滤波器[3]、可变光阑[4]、镜筒、准直镜[5]，所述的空间滤波器[3]、可变光阑[4]、准直镜[5]依次安装在镜筒中，空间滤波器[3]位于准直镜[5]的焦面上，可变光阑[4]位于准直镜[5]的第一入射面上；其特征在于：还包括光纤束[2]、显示卡[6]，所述的激光器[7]为标准测量仪器选用的标准激光器，或为被测激光系统中的激光器；所述的光纤束[2]包括若干根等长度的多模光纤[8]和一个或多个测量组的单模光纤[9]，其中单模光纤[9]的长度大于多模光纤[8]的长度，每个测量组含一根或多根单模光纤[9]，光纤束接收端面是以多模光纤[8]垂直输入端面为背景、单模光纤[9]垂直输入端面为图案的采样区[C]；测试时，光纤束接收端面通过连接件安装在所述屏蔽罩[1]的通光孔处且采样区[C]均可以接收到激光；所述的显示卡[6]含有填充了显示材料的小通孔，所述光纤束[2]的输出端分为两部分：一是所述多模光纤[8]的输出端一一接到所述显示卡[6]上的小通孔中；二是所述单模光纤[9]的输出端通过连接件固定在所述的空间滤波器[3]处，且单模光纤[9]的垂直输出端面分区排列且一个区对应一个测量组的单模光纤；单模光纤[9]输出的激光通过空间滤波器[3]选取后，由可变光阑[4]对其限束，只允许不超过激光束直径5％的中心光束到达准直镜[5]成为供测量使用的平行光束。

2.根据权利要求1所述的激光回波模拟光源，其特征在于：将所述光纤束接收端面采样区[C]的外围环形区域设置成调试区[T]，其内全部由多模光纤[8]垂直端口排列而成，这些多模光纤[8]的另一端接在所述显示卡[6]的外环对应小孔中。

3.根据权利要求1或2所述的激光回波模拟光源，其特征在于：所述的若干根单模光纤[9]长度相等，或者分成长度不等的若干组，用于距离测量的单模光纤[9]的长度是经过精确标定的。

说明书

激光回波模拟光源

技术领域

[0001] 本发明涉及一种激光系统检测仪器，尤其是涉及一种用于激光发射与接收系统性能检测的激光目标模拟光源。技术背景

[0002] 随着科学技术的发展，激光器及激光系统的应用越来越广泛，特别是越来越多的武器装备上使用了激光器件和激光系统，如我国的重型反坦克导弹系统采用激光指令传输系统实现制导功能，各种武器平台的搜索跟踪装置一般都采用了激光测距机或激光指示器，随着武器现代化进程的加快，像激光雷达、激光制导炸弹等先进武器也会很快装备到我军各兵种。这意味着对激光器、激光系统性能的检测需求也会大幅增长，国内外已有多家专业性研究单位和生产厂家从事激光性能检测仪器以及对激光检测仪器进行标定的标准仪器的研究和开发。1998年我国的国防光学计量一级站研制出脉冲激光峰值功率标准装置，用于对激光峰值功率计进行标定以及对激光接收部件的检测。该标准装置是将半导体激光器的激光束直接用光学系统准直后形成激光模拟回波的标准光源，由于这种激光回波的脉冲宽度在几十纳秒量级，而且采样口径相对较大，因此由光学准直系统出射的激光模拟回波的均匀性难以达到20％以下。目前在工程应用中，为了验证激光系统的性能如激光测距机的测距能力，最常用的做法是，将激光测距机直接对准一已知距离的目标进行实际打靶来验证其测距能力；在测量激光雷达的性能时，是将激光发射天线射出的激光直接照射在一个具有一定透空形状的朗伯散射标准靶面上，再由接收系统接收其激光回波进行相对外场检测。上述外场实测操作方法的主要缺陷是，受场地空间、气候条件的限制，需要大量的人力和物力来实施测试试验，而且远距离的操作易于将畸变因素引入测量数据中。另外，在激光应用系统中，其激光接收部件往往采用面积较小的探测器件，这对激光模拟回波的标准光源提出了较高的要求，目前采用已有技术中的光学准直激光标准光源由于其束散角相对较大、峰值功率密度较高，因此在对这种小面积的激光接收部件的性能尤其是对最小激光探测能量/峰值功率密度进行测量时，其测量结果往往出现很大的离散性。

发明内容

[0003] 本发明要解决的技术问题是，提供一种具有高均匀性、小束散角、微峰值功率密度的激光回波模拟光源，该模拟光源既可以用在激光标准测量仪器上作为标准光源使用，也可在非试验场模拟激光应用系统的激光回波而进行系统的相关性能检测。

[0004] 为解决上述技术问题，本发明包括屏蔽罩、光纤束、显示卡、空间滤波器、可变光阑、镜筒、准直镜；所述的屏蔽罩内装有激光器，该激光器既可以是标准测量仪器选用的标准激光器，也可以是被测激光系统中的激光器；所述的空间滤波器、可变光阑、准直镜依次安装在镜筒中，空间滤波器位于准直镜的焦面上，可变光阑位于准直镜的第一入射面上；所述的光纤束包括若干根等长度的多模光纤和一个或多个测量组的单模光纤，其中单模光纤的长度大于多模光纤的长度，每个测量组含一根或多根单模光纤，光纤束接收端面是以多模光纤垂直输入端面为背景、单模光纤垂直输入端面为图案的采样区；测试时，光纤束接收端面通过连接件安装在所述屏蔽罩的通光孔处且采样区均可以接收到激光；所述的显示卡含有填充了显示材料的小通孔，所述光纤束的输出端分为两部分：一是将多模光纤输出端一一接到所述显示卡上的小通孔中；二是所述单模光纤的输出端通过连接件固定在所述的空间滤波器处，且单模光纤的垂直输出端面分区排列且一个区对应一个测量组的单模光纤；单模光纤输出的激光通过空间滤波器选取后，由可变光阑对其限束，只允许不超过激光束直径5％的中心光束到达准直镜成为供测量使用的平行光束。

[0005] 根据本发明，将光纤束接收端面采样区的外围环形区域设置成调试区，其内全部由多模光纤的垂直端口排列而成，这些多模光纤的另一端接在所述显示卡的外环对应小孔中。

[0006] 根据本发明，所述的若干根单模光纤长度相等，或者分成长度不等的若干组，用于距离测量的单模光纤的长度是经过精确标定的。

[0007] 本发明的有益效果体现在以下几个方面：

[0008] (一)本发明利用单模光纤来采集和传输激光器输出的激光能量，与已有技术中通过狭缝或小孔采集激光能量相比，不会产生严重影响模拟光束质量的衍射效应，加之，本发明单模光纤输出端的激光光场峰值功率密度是可以进行单独的严格标定，因此采用本发明进行激光系统性能测量可以获得精确的测量结果。

[0009] (二)在光纤束接收端的采样区布置了多根单模光纤来采集激光能量，与现有技术中直接采集激光器输出的某一点激光能量相比，其模拟激光回波的空域分布和时域分布的稳定性得到很大提高，此外，由单模光纤输出的激光其光束口径相当小，再加上可变光阑只允许光束能量密度峰值达到95％以上较为平坦部分的光束作为模拟激光回波，与现有技术中相对较大的光束出射口径相比，本发明不仅具有较高的均匀性，同时由准直镜出射的激光其束散角较小。

[0010] (三)由于单模光纤的纤芯很小，经其采集和传输的激光能量很少，因此，经单模光纤输出的激光其功率密度可以满足微峰值功率密度的测量要求。

[0011] (四)本发明不仅结构简单，而且可直接与被检测系统的激光发射天线和接收天线相连，实现现场检测，可节约大量的外场试验经费。

附图说明

[0012] 图1是本发明激光回波模拟光源的组成及原理示意图。

[0013] 图2是图1所示激光回波模拟光源的光纤束输入端调试区与采样区示意图。

[0014] 图3是本发明激光回波模拟光源用于测量激光雷达性能参数的示意图。

[0015] 图4是图3所示激光回波模拟光源光纤束输入端排列形式示意图。

[0016] 图5是图3所示激光回波模拟光源单模光纤束输出端的分区和排列形式图。

具体实施方式

[0017] 下面结合附图及优选实施例对本发明作进一步的详述。

[0018] 根据图1所示，本发明包括屏蔽罩1、光纤束2、空间滤波器3、光学镜头、显示卡6。屏蔽罩1内装有激光器7，该激光器7既可以是标准测量仪器选用的标准激光器，也可以是被测激光系统中的激光器。空间滤波器3为一个0.8mm的小孔，它与一个一维或两维运动机构(图中未示)连接，可以实现对单模光纤输出端测量区域的选择。光学镜头是一个通用的照相镜头，其中含有准直透镜组5和光圈4，光圈4即为本发明的可调光阑，光学镜头可以将空间滤波器3所选检测区域的激光能量准直成模拟激光回波。显示卡6的基板采用电路板制作成方形，其上小孔中填充的显示材料为粉状红外上转换材料，显示卡6的作用除了调试用之外，还用于目视检查激光的光斑分布。

[0019] 光纤束2包括若干根等长度的多模光纤8、若干根单模光纤9、输入端连接件、输出端连接件、保护套。多模光纤8和单模光纤9的一端通过压板和螺钉固定在输入端连接件上，且端面按照外围是调试区T中间为采样区C的形式排列，即外圈排列的全是多模光纤8以作为调试区T使用，中间部位采用多模光纤8和单模光纤9按一定的图案形式和比例均匀分布，构成对激光的采样区C，最终形成的光纤束接收端面为方形(参见图2)。多模光纤8的输出端通过光学胶粘接在显示卡6上的相应小孔中，并保证位于调试区T的多模光纤8接在外圈的小孔中。单模光纤9的输出端通过螺钉和压板固定在输出端连接件上，根据其在光纤束接收端面的角度位置、图案形式分区排列，形成对激光系统不同功能的性能检测区，并用空间滤波器3进行检测区的选取(参见图5)。本发明也可以根据测量内容，将单模光纤束输出端制作成单一检测区的形式，从而使光纤束2成为特定检测功能的专用接插件而在测量中互换使用。位于输出端连接件和输出端连接件附近的一段光纤束包裹在保护套中，保护套为黑色热塑管；位于中间的光纤束绕制在光纤盘上。排列在输入端和输出端的所有光纤均要去掉包层，端面垂直切割，裸光纤紧密平行排列且端面对齐。

[0020] 测量前，将输入端连接件固定在屏蔽罩1上，借助显示卡6显示的光斑位置，反复调试激光器7的位置，使激光光斑最终落在采样区C内。将输出端连接件固定在多为调整架上，并使单模光纤9输出端面位于光学镜头的焦平面上。测量时，通过改变光圈4的大小，只允许不超过单模光纤9输出5％的中心光束进入准直透镜组5，这就保证了可以用能量分布较为平坦的光束部分来形成具有高均匀性、小束散角、微峰值功率密度的模拟激光回波。

[0021] 根据本发明可知，对于不同的测量内容，需要不同长度的单模光纤9以及不同的排列形式。本发明的一个具体实例是用于测量小目标激光测距机的测距能力，在该实例中，共有11×11根光纤，其中有五根是单模光纤9，这五根单模光纤9在光纤束输入端以十字分布的形式排列在光纤方阵的中心位置且十字中心有一根单模光纤，其余点阵上均为多模光纤8；在单模光纤束输出端各单模光纤9按一字形排列。在该例中，五根单模光纤对应测量激光测距机的五个测距距离，因此这些单模光纤的长度需要根据测量的距离而精确标定，同时还要对这五根光纤的衰减倍率、光圈4的口径与输出激光的比例关系进行标定。测量时，被测激光测距机的激光器7放置在屏蔽罩1内，通过调整空间滤波器3的运动机构，使空间滤波器3移动到相应的单模光纤位置进行采样。测量结束时，将测距机的读数与相应的光圈口径及相应单模光纤的衰减倍率换算成激光在光纤输入端上的激光功率密度，以此来判断被测激光测距机的测距能力。

[0022] 图3是本发明用于测量激光雷达性能参数的一个具体实例。该实例具有测量激光雷达的距离选通、距离分辨率、接收视场角、角分辨率等参数以及测距能力等功能。该实例共有25×25根光纤，其中采样区C有19×19根光纤。参见图4，在光纤束输入端其采样区C的排列形式是，以中心点阵为基准形成采样区C的米字线，位于米字线上的点阵均排列的是单模光纤9，米字线之外的点阵上均排列的是多模光纤8。米字线的两条斜线10上排列的单模光纤用于测量距离，斜线10上排列的测距光纤有两种长度，即500m和1000m，这两种规格的光纤在斜线10上相间排列，中心点阵排列一个可测量4000m的单模光纤；在一条斜线上与中心点阵相邻的两个点阵上排列的是1000m光纤，在另一条斜线上与中心点阵相邻的两个点阵上排列的是500m光纤。米字线竖线的上段11排列的是测量激光距离选通的单模光纤，共分三组，每组为两根光纤，其长度分别为选通距离加/减1.5倍距离分辨率，第四组有三根光纤作为备用。本例在该线段上由中心向上的点阵上依次排列的光纤长度为第一组2006m、1994m；第二组1006m、994m；第三组206m、194m；第四组120m、80m、50m。米字线竖线的下段13排列的是测量距离选通准确度的单模光纤，在该线段上由中心向下的点阵上依次排列的光纤长度为600m、400m、300m、200m、100m、90m、80m、70m、60m。米字线横线的左段14排列的是测量激光视场角和角分辨率的单模光纤，在该线段上由中心向左的点阵上依次排列的光纤长度为550m、500m、450m、350m、300m、250m、100m、50m、30m。米字线横线的右段
12排列的是测量激光距离分辨率的单模光纤，在该线段上由中心向右的点阵上依次排列的光纤长度为435m、430m、425m、250m、245m、240m、75m、70m、65m。参见图5，本实例单模光纤输出端共有七个区，第一区15均匀排列着斜线10上长度为500m的光纤；第二区16均匀排列着斜线10上长度为1000m的光纤；第三区17排列着点阵中心长度为4000m的光纤；第四区18均匀排列着竖线上段11上的前三组光纤，其排列形式是一组一行；第五区19排列着竖线下段13上的光纤；第六区20均匀排列着横线左段14上的光纤，其排列形式为十字线，光纤长度相近的排在一列或一行；第七区21均匀排列着横线右段12上的光纤，其排列形式为，依照输入端的排列顺序分成三组，每组排一行。单模光纤输出端上的激光信息通过激光雷达接收天线进入雷达中，激光雷达就可输出距离、方位值，并根据这两组数据判断激光雷达的各项性能参数。