基于阵列式探测器的高能激光大气传输试验与评估方法研究

对高能激光大气传输效应进行了理论分析,并结合数值算例定量分析了能见度和传输距离对到靶功率的影响。在此基础上,提出了一种基于阵列式探测器的高能激光大气传输试验与评估方法,给出了高能激光束到靶光斑参数的计算方法。研究结果能够用于测量高能激光通过大气传输后的激光功率密度时空分布,评估舰载高能激光武器大气传输能力,为未来开展高能激光武器外场试验奠定理论基础。     

基于稀疏表示的激光光斑复原方法

使用探测器阵列对远场激光光斑分布进行测量,是目前评价激光大气传输特性以及激光发射系统性能的重要方法。利用阵列探测器对高能激光系统性能进行评估,需要准确复原探测器测量所得的激光远场光斑。介绍了一种基于字典学习的阵列探测器激光光斑复原方法。首先利用改进后的线性插值算法对原始低采样光斑进行插值,其次介绍了K-SVD(K-singular value decomposition)字典学习算法,将所提方法运用到插值后的图像复原中。此外,用峰值信噪比(peak signal-to-noise ratio, PSNR)和光斑质心偏移量对复原图像进行量化对比。该算法复原的图像PSNR比传统算法高出4 dB～5 dB,光斑质心偏差量在x轴和y轴方向与传统算法相比分别降低了14.7%和12.2%。实验结果表明,所提方法在视觉和量化指标上都取得了良好的光斑图像复原效果。     

CCD摄像法测量激光远场光斑中图像校正和能量修正算法研究

介绍了CCD摄像法测量激光远场光斑的工作原理。依据CCD摄像机拍摄激光远场光斑的倾斜角度,在处理算法中利用透视投影原理,将采集光斑的畸变图像进行了校正;针对CCD摄像法摄取的漫反射激光光斑图像,构建了朗伯漫反射模型,利用朗伯修正算法将漫反射激光光斑的能量密度修正到直射激光光斑的能量密度,推导出了具体的修正计算公式。通过实际应用,验证了该算法在激光远场光斑测量中的有效性。     

一种新型高能激光束能量分布探测器

 介绍用于探测高能激光束空间能量分布的量热器阵列探测器。这种探测器具有承受激光束能量密度高、探测面积大和能量测试误差小等特点,主要由保护板、量热器阵列的热沉积构成。也给出了探测器的标定和性能测试。该探测器为高能激光束绝对空间能量分布的测量提供了有效的诊断手断。     

一种新型高能激光束能量分布探测器

介绍用于探测高能激光束空间能量分布的量热器阵列探测器。这种探测器具有承受激光束能量密度高、探测面积大和能量测试误差小等特点,主要由保护板、量热器阵列的热沉积构成。也给出了探测器的标定和性能测试。该探测器为高能激光束绝对空间能量分布的测量提供了有效的诊断手断。     

激光束阵列探测器标定方法

在大光斑高能激光光强时空分布参数测试方法中，阵列探测器测试法是一种较好的方法。它能测量出激光束的总能量和强度时空分布。阵列探测器主要由探头、数据采集系统和软件处理系统等三部分组成。探头采用高吸收材料制作，其表面按一定规律分布着多个独立探测单元，能同时测量高能激光束的能量及其空间分布。系统不可避免地存在测量误差，为消除系统误差，需要对系统进行标定，包括能量系数标定和探测单元的响应系数标定等。     

光斑矩参数阵列测试法的测量不确定度

光斑强度分布的测试在目标跟踪检测、激光光束质量诊断和激光束波前测量等方面具有重要：意义。常用的光斑测试法有面阵CCD法、线阵CCD扫描法、单元探测器扫描法、热敏纸法以及针对某些特殊应用的各具特色的阵列测试设备法。这些方法最终都将给出探测面上光斑强度二维离散分布数据，故都可等效为阵列测试法。     

高功率脉冲激光的远场能量密度分布测试方法研究

在分析现有的激光远场能量密度分布测试方法的基础上提出了一种新的测试方法.采用激光束照射漫反射靶,CCD相机对靶上激光光斑成像并在靶面上布置能量计探头以获取能量抽样绝对值的方法进行激光束远场大气传输后空域分布测试.从基本组成、测试原理、试验结果等方面对新测试方法进行了分析研究,并通过采用532nm脉冲激光照射1Km外的漫反射靶的实验对新测试方法进行了可行性验证,获得了远场激光光斑的图像和能量抽样值.     

高功率脉冲激光的远场能量密度分布测试方法研究

在分析现有的激光远场能量密度分布测试方法的基础上提出了一种新的测试方法.采用激光束照射漫反射靶,CCD相机对靶上激光光斑成像并在靶面上布置能量计探头以获取能量抽样绝对值的方法进行激光束远场大气传输后空域分布测试.从基本组成、测试原理、试验结果等方面对新测试方法进行了分析研究,并通过采用532nm脉冲激光照射1Km外的漫反射靶的实验对新测试方法进行了可行性验证,获得了远场激光光斑的图像和能量抽样值.     

TEA-CO2激光辐照HgCdTe图像传感器的实验研究

利用TEA-CO₂激光对碲铬汞(HgCdTe)图像传感器的干扰和损伤现象进行了实验研究,分析了干扰和损伤机理。探测器上激光能量密度小于255 mJ/cm2时,饱和像素仅出现在光斑区域,激光能量密度为425.8 mJ/cm2时,像素被损伤,观察到了弥散斑和暗环等现象。建立了探测器的激光辐照模型,计算了探测器的温升,讨论了温升与载流子浓度、迁移率的关系。分析认为,弥散斑的出现是探测器升温产生的热激发载流子浓度扩散所致,暗环的出现是迁移率与载流子浓度扩散共同作用的结果,像素的损伤则是因为温升导致汞的析出。     

强激光远场光束质量参数的测试

提出漫射红外成像-多点标校测量方法,用于测量强激光远场光束质量参数。在激光远场距离处设置漫反射靶板,用成像探测器摄取经靶面漫射的脉冲强激光光斑图像;在靶面中心处挖小孔,孔后放置能量探测器实时测量激光脉宽和峰值功率。同时对整个激光光斑图像进行能量定标,进而得出远场脉冲强激光的实际空间能量/功率分布、总能量,以及相应的光束质量参数。应用该测量方法,对高能TEA CO2激光进行测量研究,测得其远场光束截面半径为80.2 mm,发散角为1.55 mrad。     

强激光远场光束质量参数的测试

 提出漫射红外成像-多点标校测量方法,用于测量强激光远场光束质量参数。在激光远场距离处设置漫反射靶板,用成像探测器摄取经靶面漫射的脉冲强激光光斑图像;在靶面中心处挖小孔,孔后放置能量探测器实时测量激光脉宽和峰值功率。同时对整个激光光斑图像进行能量定标,进而得出远场脉冲强激光的实际空间能量/功率分布、总能量,以及相应的光束质量参数。应用该测量方法,对高能TEA CO₂激光进行测量研究,测得其远场光束截面半径为80.2 mm,发散角为1.55 mrad。     

强激光与超音速自由剪切层的相互作用

以波长为10.6μm,半径0.1m,焦距106m的激光束穿过二维超音速自由射流剪切层流场为物理模型,研究了由于辐射加热强激光束对流场的干扰以及激光束穿过流场后光束远场强度的分布。结果表明：由于流场的存在,使光束的远场强度分布产生了较为明显的变化,对于射流出口处不同的马赫数以及出口压力,流场对光场的远场强度分布影响不同;对于没有引起气体介质电离的强激光束,由辐射加热引起的对超音速自由射流剪切层流场的影响可以忽略。     

激光通道传输热特性对远场光束质量的影响

通过仿真计算分析了激光在光束控制系统通道内传输所产生的热效应及其对远场光束质量的影响。激光传播由近轴波方程描述,用快速傅里叶变换技术求解;激光热效应引起的流场密度变化采用完全Navier-Stokes方程计算。计算给出了不同波长、不同吸收系数条件下的远场光斑情况。计算结果表明,在典型的工作条件和状态下,较高能量激光在光束控制系统通道内产生的热效应影响不容忽视,它会明显降低远场目标处的能量集中度,增大光斑的发散。     

激光通道传输热特性对远场光束质量的影响

 通过仿真计算分析了激光在光束控制系统通道内传输所产生的热效应及其对远场光束质量的影响。激光传播由近轴波方程描述，用快速傅里叶变换技术求解；激光热效应引起的流场密度变化采用完全Navier-Stokes方程计算。计算给出了不同波长、不同吸收系数条件下的远场光斑情况。计算结果表明，在典型的工作条件和状态下，较高能量激光在光束控制系统通道内产生的热效应影响不容忽视，它会明显降低远场目标处的能量集中度，增大光斑的发散。     

强激光大气传输的远场光束亮度仿真研究

为了分析组束激光的战术应用前景,对强激光大气传输的远场光束亮度进行了理论分析和数值模拟。结果表明:10kW量级的强激光有效作用距离不超过10km,需要对发射系统孔径和光束质量进行严格的控制;激光器承载平台的抖动幅度是影响远场光束功率密度的主要因素,在抖动幅度很小或者可以忽略的条件下,湍流和热晕对远场光束起着近乎相同的作用。     

高能激光束在线测量系统的光强衰减设计

针对环形光刀取样式高能激光束在线测量系统应用中光电探测器线性饱和功率密度低而被测高能激光功率密度高的特点,采用对取样激光扩束和介质膜衰减片级联衰减的方式,实现了数千倍的线性光强衰减。介绍了环形光刀扫描取样及其扩束衰减原理,并对介质膜衰减片在激光入射角 0°~15° 和功率密度1~1 000 W/cm2条件下的透过率特性进行了分析,用实验验证了该光强衰减设计的有效性。     

氧碘化学激光器输出光斑漂移和变形研究

 通过对高能量密度氧碘化学激光器运行过程中存在的远场光斑漂移和变形实验现象的分析和测量,得出在高能量密度激光系统中谐振腔的各反射镜的同心度对远场输出光斑的漂移和变形影响很大。指出提高谐振腔内各反射镜在大气中的同心度及降低在激光系统抽真空过程中光腔盒的不稳定程度, 是显著降低激光远场输出光斑漂移和变形的有效途径。