摘要：为了满足远距离目标捕获的需求,提出了一种单镜头大视场拼接成像方法,设计了实验样机对其进行验证,对样机的成像特性进行了分析。介绍了样机的结构设计和相机曝光控制流程,然后根据该成像方法通过控制相机连续圆锥旋转实现大视场成像的特点,分析了样机成像的像移特性及样机结构运动精度对子图像正确拼接的影响,最后设计了在样机运转过程中使相机准确对子视场曝光的控制参数。实验中将样机参数代入分析结果进行了计算,得出了成像的像移大小,并对由相机运动误差导致的子图像拼接偏差进行了校核。计算得出了相机的曝光控制参数,最终获得了拼接正确的大视场图像。通过对实验样机的成像特点进行分析,为该单镜头大视场拼接方法在激光对抗系统中的工程应用奠定了基础。

摘要：反射式扩束常用于大功率的激光发射装置,但在离轴状态下,仅仅控制多组镜片之间的相对距离并不能像透射式扩束一样顺利实现变倍。从扩束望远镜系统的失调状态得到启发,提出一种两片次镜切换变倍的光学方案,针对一束CO2激光器发出的直径为54mm的激光束,完成了离轴工作时1.5倍和3.0倍两个档位的扩束光学设计。仿真结果证明了扩束功能的正确性,而且与主次镜相同曲率半径下同轴使用的失调望远镜系统的调制传递函数(MTF)曲线基本吻合,对离焦量进行补偿之后的成像效果能够达到衍射极限。

摘要：提出利用镀膜合束的方法对三路光束进行合束用于高功率红外激光合束系统设计。考虑系统中关键元件使用的红外材料ZnSe易受热效应影响,采用光机热耦合分析方法,研究了在温度边界条件固定时,各波段激光所产生的耦合热效应对各路激光波前畸变的影响,同时定性分析了系统中存在的激光偏置热效应。研究结果显示,系统中各波段的激光波前畸变均方根值(RMS)均满足设计要求(各波段波前畸变小于λ/8);激光偏置造成的波面高频成分增大了长波激光波前畸变量,但高频成分对系统波前畸变影响依然满足要求;轴向温差可在35s达到平衡,对光束波前造成主要影响的是各块镜片的面型畸变。根据分析结果搭建了实验平台,利用系统中短波400 W激光进行实验,采集了该条件下的面型并与仿真结果进行了对比,实验结果验证了该分析方法计算结果的准确性。

摘要：为提高激光扩束系统的温度适应性水平,提出了一种直接面向光学系统波像差的光机结构优化方法。对扩束系统进行了敏感度分析,并结合齐次坐标变换,将波像差的失调模型与有限元中的节点应变进行有机结合。以最小化失调波像差为优化目标,得到了支撑结构的最优材料拓扑,然后按照拓扑云图对镜架进行分块划分和尺寸优化。最终得到的镜架结构合理,加工工艺性良好,且具有优良的温度适应性。-50℃时,扩束系统波像差均方根(RMS)值从0.728λ降为0.196λ,λ=632.8nm;而且在±50℃的范围内,同等载荷条件下,优化后的系统波像差RMS值约为优化前的1/4。

摘要：为了进一步精确控制激光发射方向,减少反射镜热畸变以提高光束质量,设计了一种新型二维快速控制水冷反射镜装置。根据高功率激光反射镜的设计和制作原则,对反射镜的材料性能进行了分析,采用主动水冷铜镜来减小镜面热畸变使镜面变形控制在0.1μm以内。然后,分别从机械结构、驱动器和控制系统、角度检测元件3方面设计了反射镜装置,其x-y轴框架式的机械结构形式,可减小反射镜的冷却水管对轴系回转精度的影响,使回转精度<2″。实验测试结果表明,二维快速控制水冷反射镜装置工作稳定、可靠,控制光束稳定的精度<1″,可满足对激光传输方向的精确实时控制和对光束整体倾斜方向进行校正等要求。

摘要：针对宽波段高能激光发射窗口口径大,单片ZnSe镜片无法满足使用要求等情况,提出了一种发射窗口的拼接方案。依据设备实际受力情况,对窗口的强度进行分析和计算,使窗口的设计更加合理可行。通过分析设备的工作环境确定窗口边界条件,并进一步利用有限元软件详细分析了激光发射窗口在力-热耦合作用下的镜面变形,用Zernike多项式对窗口内外表面的变形进行拟合,求出窗口在力-热耦合作用下面形变化的Zernike表达式。利用Matlab软件,从光束发散角变化量、衍射极限倍率β值和环围能量比RBQ值三个角度,来分析激光发射窗口在复杂工作环境下工作时对激光束的影响。结果表明,拼接窗口可以大大降低窗口的质量和成本,而且对激光束的影响较小,符合设备使用要求。

摘要：针对大口径宽波段高能激光发射系统使用环境复杂、激光发射间歇时间长,晶体窗口无法满足使用要求等情况,为发射系统设计了一套快门式机械窗口。该机械窗口采用聚氯乙烯(PVC)薄板作为防尘罩,利用弹簧和密封环组成半固定式滑槽,采用步进电机驱动。利用圆形薄板的大挠度变形原理,建立了防尘罩挠曲变形量与正压风载间的非线性微分方程;以中心挠度为摄动参数用摄动法求解微分方程,获得防尘罩挠曲变形量与风压载荷间的关系,并进一步求出电机的负载扭矩。由于电机的输出扭矩是一定的,为了使防尘罩抗风载能力达到最大,利用电机负载与防尘罩挠曲变形量间的解析关系式进一步优化了防尘罩的弯曲刚度。实际测试结果显示,防尘罩挠曲变形量的求解误差不超过15%;当防尘罩弯曲厚度为0.8mm时,防尘罩可以抵御12m/s风载作用,电机负载扭矩为0.34Nm;开启与关闭的最短时间小于3s,窗口运行可靠,符合设备使用要求。

摘要：根据激光发射系统对快速反射镜发射方向精度的需求,提出了一种新型快速反射镜设计方案。该方案以柔性铰链为运动传递元件,采用直线音圈电机驱动,并用高精度光栅测微仪实现位置闭环控制。首先,介绍了反射镜工作原理及驱动方式,选择了系统的驱动元件和测角元件,并对柔性铰链结构进行设计。在研究其刚度特性的基础上,采用序列二次规划法优化了铰链关键尺寸。然后,建立了驱动组件的简化模型,并利用理论公式和有限元分析软件分别计算驱动组件的转角精度。最后,使用测角元件及自准直平行光管测量了快速反射镜的转角精度。实验结果表明:所设计的快速反射镜装置工作稳定、结构可靠,对发射光束的控制精度能达到0.95″,满足激光发射系统实时控制光束发射方向的精度要求。

摘要：新型光学检测靶标能够在内场模拟复杂运动轨迹的外场目标,得益于结构组件中直线运动系统,但直线运动系统以悬臂梁形式安装,跨距大、刚度低,不能够保证靶标的检测精度。为此,首先根据欧拉-伯努利梁理论,提出了在有限空间内对其进行结构加强的解决方法;其次,结合线性模组结构动力特性,在其周围合理布置加强梁、加强板,并采用集成优化设计确定加强组件的最优尺寸;最后,对安装后的直线运动系统进行模态分析与测振实验。仿真分析与实验结果显示:直线运动系统加固后整体结构一阶、二阶固有频率分别为36、55 Hz,与仿真设计值32、54 Hz吻合的较好,与加固前一阶固有频率14 Hz相比较,提高了1.86倍。结果验证了加强组件设计的合理性与可靠性,加强后的直线运动系统结构性能满足新型光学检测靶标所要求的质量轻、刚度高、抗干扰能力强等要求。

摘要：根据大型光电经纬仪提出的温度控制要求,研制了多路流体关节机构。介绍了机构研究背景,说明了该机构的组成及工作原理,并通过计算摩擦阻力矩验证了机构的可行性,最后通过实验验证设计的合理性。实验结果表明,当用添加青铜的聚四氟乙烯制作的密封隔环进行密封时,能做到不泄漏,造成的摩擦阻力矩仅为1.666 N.m。该机构工作可靠,实现了流体由静到连续转动的传输,结构紧凑,设计巧妙,完全可以满足大型高精度光电设备的使用要求。