一种基于多谱段中波红外皮秒全光纤激光器的干扰系统

1.本发明属于激光干扰技术，涉及一种基于多谱段中波红外皮秒全光纤激光器的干扰系统。


背景技术：

2.激光器利用定向发射的强大激光束直接毁伤目标或使目标失效，具有反映应迅速、受外界干扰少、火力转移快、无后坐力、无放射性污染、可连续射击和同时拦截多个目标的优点。激光器可通过内部光束控制系统迅速变换射击方向，在短时间内拦截多个来袭目标，并且激光束毁伤可以更加有效满足光电对抗需求。
3.由于中波红外位于大气窗口波段，该波长处于大气层时有很小的消光，即使在恶劣的条件下，透过率也很高，因而中红外脉冲激光源应用在激光对抗、雷达探测、激光制导以及通信等众多领域。目前，对于中红外探测器干扰损伤多采用连续波、短波红外激光、中波固体激光器等，存在以下缺陷：中波固体激光器多输出纳秒量级，激光系统存在体积庞大、结构不紧凑、环境适应性差等问题，实用化有所欠缺；而短波红外激光处于中红外探测器的带外，光子能量低于禁带宽度，且大多输出波长单一，只能落在中波红外成像系统的某一范围内，干扰损伤的阈值会较高。如何更快速、更多样化的干扰损伤探测器是目前亟需解决的问题。


技术实现要素：

4.本发明为了解决现有激光辐照光源存在体积庞大、环境稳定性差、输出波长单一、干扰损伤阈值高、实用化有待提高的问题，提出一种基于多谱段中波红外皮秒全光纤激光器的干扰系统。
5.为了实现上述目的，本发明系统是通过下述技术方案实现的：一种基于多谱段中波红外皮秒全光纤激光器的干扰系统，包括：多谱段中波红外皮秒全光纤激光器、导光装置组、红外成像系统、供电控制系统四个部分组成。
6.所述多谱段中波红外皮秒全光纤激光器产生多谱段的皮秒脉冲中红外激光输出。所述多谱段中波红外皮秒全光纤激光器还包括多谱段中波红外皮秒全光纤放大器、固定夹持器、带光纤尾纤的端帽、准直透镜、俯仰调节装置、方位调节装置。所述多谱段中波红外皮秒全光纤放大器产生多波段的中波红外激光，输出脉宽为皮秒，并对红外探测器进行实施干扰；所述固定夹持器用于固定所述带光纤尾纤的端帽，并与所述俯仰调节装置、所述方位调节装置相连接，可以做俯仰转动和方位转动；所述准直透镜与所述俯仰调节装置、所述方位调节装置相连接，通过转动与所述多谱段中波红外皮秒全光纤放大器、所述带光纤尾纤的端帽的激光出射光轴指向相同，并将输出激光进行准直。所述导光装置组包括不同膜系分光镜、聚焦镜、合束镜，可以对多谱段的激光进行分束、合束，实现任意激光组合的干扰损伤，并且可以调节聚焦镜的焦距距离和位置，改变激光光斑大小和激光功率密度，配合所述俯仰调节装置和方位调节装置实现多样化的激光干扰损伤。所述准直透镜、分光镜、聚焦
镜、合束镜的镜架支座上分别装有电缆线接口，与轴承、电机相连接，在控制信号的控制下完成回转运动，从而实现任意方向的激光干扰。
7.所述红外成像系统包括红外探测器、成像系统。所述红外探测器用于探测采集红外辐射信号转化为电信号，进行有效探测。所述成像系统配有相应的红外图像成像系统，可以实时采集不同激光参数下的干扰效果图，对干扰后的成像效果实时观察，并对干扰损伤阈值、干扰损伤状况进行评估判断。供电控制系统包括控制系统和供电系统。所述控制系统，用于控制所述多谱段中波红外皮秒全光纤放大器的输出功率、辐照时间，同时控制所述俯仰调节装置、方位调节装置，使得激光出射方向与透镜光轴相一致，控制聚焦光斑的大小，实现对目标进行不同性质的干扰。所述供电系统，用于给所述控制系统、所述多谱段中波红外皮秒全光纤激光器进行供电，保证有效运作。
8.优选的，多谱段中波红外皮秒全光纤激光器还包括冷水机和温控系统，用于冷却激光器，保证高功率激光器稳定运转。所述冷水机与所述多谱段中波红外皮秒全光纤放大器之间连接有水管，所述水管将所述冷水机产生的制冷剂输入至所述激光多谱段中波红外皮秒全光纤放大器的水冷装置，并将所述水冷装置内部的制冷剂返回所述冷水机，形成制冷环路。所述温控系统用于精确控温，保证系统的稳定性。
9.优选的，所述多谱段中波红外皮秒全光纤激光器配有指向控制模块，包括指向电机，所述指向控制模块对所述多谱段中波红外皮秒全光纤激光器发出的激光对探测器干扰过程进行同步指示，用于控制激光器照射角度的改变。所述指向控制模块还包括闭环反馈模块，在激光指向控制模块调整相应角度值后，闭环反馈模块驱动所述俯仰调节装置和所述方位调节装置，使得激光出射光同轴，提高定位精度。
10.优选的，所述导光装置组的透镜连接有驱动装置，所述驱动装置用于驱动所述透镜转动，以实现不同激光参数的干扰。
11.优选的，所述俯仰调节装置和方位调节装置都分别安装有轴承、电机和测角元件，在控制信号的控制下完成不同方向的回转运动，从而实现对任意方向的激光干扰。
12.优选的，所述控制系统包括数据处理模块，接受数据并发出指令。所述数据处理模块将指令发送给所述指向控制模块，控制激光器调整出射角度，激光器根据距离值调整变焦，使激光光斑变焦调整至合适的大小，实现红外探测器的精准干扰；激光控制模块还根据所述数据处理模块接收到的数据，对激光器进行调控，使激光器发出的激光光束经过光强、发散角调制，经不同时间照射红外探测器，使得所述红外探测器持续过曝光，从而实现探测器干扰。
13.有益效果：本发明与现有技术相比，其显著优点是：
14.1.本发明利用光纤可弯曲柔软的特性将多谱段中波红外皮秒全光纤激光器集成于一套光学系统内，通过控制光源的参数以及导光系统分合，来选取干扰系统的工作模式；本系统共用一套光源、供电设备、散热系统等，极大降低了体积与功耗，在增加激光干扰损伤功能的同时不增加系统整体重量，进一步减轻了飞行器的负荷，保证了飞行器的机动性能和战斗性能。
15.2.本发明用于激光红外干扰，能够将入射激光按照波长分成多路，每一路可动态调节激光参数，并可实现不同路激光融合干扰和多样化干扰。由于激光出射光轴与红外探测器镜头光轴一致，使得本系统可以实时观察干扰现象和效果，实验结果也可适用于远距
离激光干扰。
附图说明
16.图1为本发明实施方式的多谱段中波红外皮秒全光纤激光器干扰红外成像系统结构示意图；
17.图2为图1中多谱段中波红外皮秒全光纤激光器结构示意图；
18.图3为图1中导光装置组结构示意图；
19.图4为图1中红外成像系统结构示意图；
20.图5为图1中供电控制系统结构示意图；
具体实施方式
21.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
22.在实际的国防应用中对红外探测器进行干扰的激光通常利用中波固体激光器和连续激光器，这类激光器环境稳定性差、体积较大，难以满足机载、车载等要求。为此采用全光纤激光器，一方面光纤激光器对外部因素不敏感，另一方面空间传输过程中对外界因素抵抗性强，从而提高了激光器本身的抗干扰能力。但现有中波红外光纤激光器输出波长单一，难以实现多路激光融合的多样化干扰。同时因为超短脉冲激光与材料的作用机理与纳秒，连续激光不同。纳秒激光、连续激光主要作用机理是热效应，使得探测器失效。飞秒激光主要作用机理是光效应，由于极窄的脉冲宽度使得其对芯片的作用时间短，造成的损伤面积小，难以达到大面积损伤的要求。而皮秒激光脉宽介于纳秒和飞秒脉冲激光之间，一方面可以缩短失效时间，另一方面又可以大面积干扰红外探测器，干扰效果更明显。
23.本发明采用全光纤化的皮秒激光器，使得激光器结构紧凑，并提高了激光器运行的稳定性和可靠性。本发明的技术路线可造成红外探测器明显的干扰，从成像系统上可以看到明显的激光辐照饱和效果和激光暂时性致盲效果。激光辐照饱和为大能量激光照射红外探测器造成光电信号饱和，但又不损伤芯片的暂时性激光致盲效果。若进一步增大激光功率，可造成红外成像系统永久性失真的效果。
24.下面结合附图对本发明的优选实施方式做详细说明：
25.如图1所示，一种基于多谱段中波红外皮秒全光纤激光器的干扰系统，包括以下部分：多谱段中波红外皮秒全光纤激光器10、导光装置组20、红外成像系统30、供电控制系统40。其中，多谱段中波红外皮秒全光纤激光器10包括多谱段中波红外皮秒全光纤放大器11、固定夹持器12、带光纤尾纤的端帽13、准直透镜14、俯仰调节装置15、方位调节装置16；导光装置组20包括第一分光镜21、第一聚焦镜22、第一合束镜23、第二分光镜24、第二聚焦镜25、第二合束镜26、反射镜27、聚焦镜28、分束镜29；红外成像系统30包括红外探测器31、成像系统32；供电控制系统40包括控制系统41和供电系统42。多谱段中波红外皮秒全光纤激光器10，用于实现中波红外准直激光光束，对红外探测器进行干扰；多谱段中波红外皮秒全光纤放大器11，用于产生中波红外皮秒脉冲激光；固定夹持器12，用于固定带光纤尾纤的端帽
13；带光纤尾纤的端帽13，用于将增加光纤放大器输出光斑，降低光纤端面的激光功率密度；准直透镜14，用于准直中波红外激光光束，压缩发散角；俯仰调节装置15，用于控制调节光纤端帽的俯仰转动；方位调节装置16，用于调节光纤端帽的方位转动；导光装置组20，用于激光分光和多路激光融合，并改变激光光斑大小；第一分光镜21，用于将激光束分为3-3.7μm波段和3.7-5μm波段；第一聚焦镜22，用于调节3-3.7μm波段的激光光斑大小；第一合束镜23，用于透射3-3.7μm波段和反射3.7-5μm波段的激光，进行激光合束；第二分光镜24，用于将激光束分为3.7-4.3μm波段和4.3-5μm波段；第二聚焦镜25，用于调节3.7-4.3μm波段的激光光斑大小；第二合束镜26，用于透射3.7-4.3μm波段和部分反射和透射3.7-5μm波段的激光，进行激光合束；反射镜27，用于反射4.3-5μm波段的激光，实现光路调整；聚焦镜28，用于改变4.3-5μm波段的激光光斑大小；分束镜29，用于部分反射和透射3.7-5μm波段的激光；红外成像系统30，为光电对抗主体，接收入射激光能量，产生辐照饱和及致盲效果；红外探测器31，用于感应前端镜头窗口入射的光线，并产生电信号由集成电路输出成像；成像系统32，用于接收集成电路输出的电信号，并在显示器上成像；供电控制系统40，用于实现不同激光参数的改变和保证系统正常运转；控制系统41，用于控制激光参数改变、辐照时间和系统方位、俯仰调节；供电系统42，用于有效保证系统工作。本发明的多谱段中波红外皮秒全光纤激光器10包括多谱段中波红外皮秒全光纤放大器11、固定夹持器12、带光纤尾纤的端帽13、准直透镜14、俯仰调节装置15、方位调节装置16。多谱段中波红外皮秒全光纤放大器11产生的中波红外皮秒脉冲激光，连接带光纤尾纤的端帽13，降低光纤端面的功率密度。利用固定夹持器12固定带光纤尾纤的端帽13，与俯仰调节装置15、方位调节装置16连接，实现多方向的转动和干扰。
26.进一步，所述多谱段中波红外皮秒全光纤放大器11为输出重复频率范围为1mhz～50mhz、输出激光脉冲宽度可变1ps～100ps、输出激光波段可变1.5μm～5μm、输出功率可调谐的光纤放大器。
27.进一步，准直透镜14为其特征在于焦距范围为30～900mm的平凸透镜或者准直透镜组。准直透镜组通过两种焦距的透镜组合，实现光束大小的变换。通过改变焦距实现光斑大小和功率密度的改变，达到不同干扰效果。
28.本发明的导光装置组20包括第一分光镜21、第一聚焦镜22、第一合束镜23、第二分光镜24、第二聚焦镜25、第二合束镜26、反射镜27、聚焦镜28、分束镜29。第一分光镜21、第二分光镜24、反射镜27用于将输出的多谱段激光分开，实现不同波段激光的输出；第一聚焦镜22、第二聚焦镜25、聚焦镜28通过调节激光光斑大小，改变激光功率密度，实现不同程度的激光干扰效果；第一合束镜23、第二合束镜26、分束镜29用于将多路激光融合，实现不同激光波段的干扰，分析不同激光参数对激光干扰的影响效果。
29.进一步，所述第一聚焦镜22、第二聚焦镜25、聚焦镜28可以为动态聚焦透镜模组，所述第一聚焦镜22中包含的第一透镜组、第二透镜组和凸透镜，所述第二透镜组连接有直线电机；所述第一透镜组采用自由曲面透镜、凹透镜或多个镜片组合，所述第一透镜组将激光整形为平行光，实现对光纤激光器输出激光进行扩束和整形，所述第二透镜组为动态透镜组，采用凸透镜、自由曲面透镜或多个镜片组合，所述直线电机带动所述第二透镜组运动，用于实现对扩束和整形后的激光进行光束发散角的动态调控，所述第二透镜组与所述凸透镜配合，用于保证激光焦点位置的动态改变。所述第二聚焦镜25、聚焦镜28实施方式与
所述第一聚焦镜22一致。
30.本发明的红外成像系统30包括沿激光器输出光束依次设置的红外探测器31、成像系统32。红外探测器31用于响应输出激光，从而将激光信号转变为可收集的电信号，将干扰效果图呈现于成像系统32。
31.进一步，所述红外探测器31可以为碲镉汞探测器、或锑化铟探测器，可以为多元型探测器或大面阵探测器。
32.本发明的供电控制系统40包括控制系统41和供电系统42。基于fpga编写的控制系统41对激光器、导光装置组进行控制，通过软件设置相应的辐照时间、调节镜组等，实时反馈调节激光参数，为实现不同条件的激光干扰提供技术支持；供电系统42保证整套系统高效运作。
33.本系统的具体工作过程如下：
34.多谱段中波红外皮秒全光纤放大器11产生的中波红外皮秒脉冲激光，通过熔接带光纤尾纤的端帽13，降低光纤端面的输出激光功率密度，有效提高了激光器长时间运行的能力；为有效固定和转动光纤端帽，利用固定夹持器12进行夹持光纤端帽，固定夹持器12装有电缆线与俯仰调节装置15、方位调节装置16相连接，使得所述激光出射光轴与导光装置组20、红外探测器31的光轴指向相同，可以通过成像系统32判断是否打在正中心位置，反馈调整俯仰调节装置15和方位调节装置16，并与激光出射光轴指向一致，也可通过指向控制模块改变出光方向，对目标红外探测器31进行多样化干扰。俯仰调节装置15和方位调节装置16都分别安装有轴承、电机和测角元件，在控制系统41的控制下完成不同方向的回转运动，从而实现不同激光辐照时间下对任意方向的目标干扰。
35.第一分光镜21，用于将激光束分为3-3.7μm波段和3.7-5μm波段，通过第一聚焦镜22，调节3-3.7μm波段的激光光斑大小。第二分光镜24，将第一分光镜21反射的3.7-5μm波段激光束分为3.7-4.3μm波段和4.3-5μm波段；第二聚焦镜25，用于调节3.7-4.3μm波段的激光光斑大小；反射镜27，将第二分光镜24透射的4.3-5μm波段激光束进行反射，实现光路调整，通过聚焦镜28，用于改变4.3-5μm波段的激光光斑大小；通过第一合束镜23，将第一聚焦镜22透射3-3.7μm波段和第二合束镜26反射3.7-5μm波段的激光，进行激光合束；第二合束镜26将聚焦镜28透射的3.7-4.3μm波段和分束镜29反射的3.7-5μm波段的激光，进行激光合束；分束镜29实现部分反射和透射3.7-5μm波段的激光。通过第一分光镜21、第一聚焦镜22、第一合束镜23、第二分光镜24、第二聚焦镜25、第二合束镜26、反射镜27、聚焦镜28、分束镜29，实现激光束的分束和多路激光束融合。
36.通过控制系统41调节镜组的参数实现不同激光性质的红外探测器干扰，利用控制系统41实现不同激光功率、不同出光时间、不同激光方向的多维度激光干扰，并通过相应的成像系统32对红外探测器31受干扰后的运行效果进行实时观察，可为光电对抗提供一定的技术支持。本发明装置不仅具有轻巧便捷功能，而且能够多样化发射激光对目标进行干扰，中波红外皮秒激光有效降低损伤阈值，还可通过红外成像系统对红外探测器受干扰后的运行效果进行实时观察。通过对激光进行不同的调制控制，即可实现对红外成像系统进行不同性质的干扰。
37.以上仅为本发明专利的优选实施例而已，并不用于限制本发明专利，对于本领域的技术人员来说，本发明专利可以有各种更改和变化。凡在本发明专利的精神和原则之内，
所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明专利的保护范围之内。