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1、(10)申请公布号 CN 103940288 A (43)申请公布日 2014.07.23 CN 103940288 A (21)申请号 201410116709.8 (22)申请日 2014.03.26 F41A 33/00(2006.01) G02B 27/30(2006.01) (71)申请人 中国科学院长春光学精密机械与物 理研究所 地址 130033 吉林省长春市东南湖大路 3888 号 (72)发明人 郭汝海 (74)专利代理机构 长春菁华专利商标代理事务 所 22210 代理人 王丹阳 (54) 发明名称 一种红外波段对准监视装置 (57) 摘要 一种红外波段对准监视装置， 涉及。
2、光束控制 领域， 解决了现有采用两种红外成像系统对多波 段红外激光器进行对准监视存在的体积大、 成本 高、 可靠性低的问题。该装置为 ： 中长波红外激光 经合束镜作用后进入分时衰减器， 经分时衰减器 的分时监视和第一次能量衰减作用后， 中长波红 外激光透过全反镜反射进入能量衰减系统， 经能 量衰减系统的第二次能量衰减作用后， 中长波红 外激光再经红外光学系统的消色差和消像差作用 后， 成像在红外四象限探测器的中心靶面处， 红外 四象限探测器接收光斑位置信息进行监视。本发 明可靠性高、 结构紧凑、 体积小、 成本低， 能同时监 测红外激光波段 3m 5m 和 8m 12m， 功率范围 1W 10。
3、kW， 角度分辨率 5“。 (51)Int.Cl. 权利要求书 1 页 说明书 3 页 附图 5 页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书1页 说明书3页 附图5页 (10)申请公布号 CN 103940288 A CN 103940288 A 1/1 页 2 1. 一种红外波段对准监视装置， 其特征在于， 包括 ： 合束镜 （13） 、 分时衰减器 （11） 、 全反镜 （12） 、 能量衰减系统 （8） 、 红外光学系统 （7） 、 红外四象限探测器 （3） 和二维微调镜 （10） ； 所述合束镜 （13） 对中波红外激光高反， 对长波红外激光高透， 中长。
4、波红外激光经过 合束镜 （13） 的合束作用后分不同时段进入分时衰减器 （11） ， 经过分时衰减器 （11） 的分时 监视和第一次能量衰减作用后， 中长波红外激光透过全反镜 （12） 反射进入能量衰减系统 （8） ， 经过能量衰减系统 （8） 的第二次能量衰减作用后， 中长波红外激光再经过红外光学系 统 （7） 的消色差和消像差作用后， 最终成像在红外四象限探测器 （3） 的中心靶面 （74） 处， 红 外四象限探测器 （3） 接收光斑位置信息进行监视， 光斑进入二维微调镜 （10） ， 通过二维微 调镜 （10） 控制光斑处于理想对准位置来保持多谱段光路对准。 2. 根据权利要求 1 所述。
5、的一种红外波段对准监视装置， 其特征在于， 还包括底板 （1） 、 安装在底板 （1） 上的侧底板罩 （2） 和安装在侧底板罩 （2） 上的上底板罩 （4） ， 所述底板 （1） 、 侧底板罩 （2） 和上底板罩 （4） 构成空箱结构， 所述合束镜 （13） 、 分时衰减器 （11） 、 全反镜 （12） 、 能量衰减系统 （8） 、 红外光学系统 （7） 、 红外四象限探测器 （3） 和二维微调镜 （10） 均安 装在底板 （1） 上， 并且位于空箱结构内部。 3. 根据权利要求 1 所述的一种红外波段对准监视装置， 其特征在于， 还包括用于给红 外四象限探测器 （3） 供电的电源 （5） 。
6、。 4. 根据权利要求 1 所述的一种红外波段对准监视装置， 其特征在于， 还包括法兰 （9） ， 长波红外激光器提供的长波红外激光经过法兰 （9） 入射至合束镜 （13） 上。 5. 根据权利要求 1 所述的一种红外波段对准监视装置， 其特征在于， 所述能量衰减系 统 （8） 由多个衰减片组成， 可以根据需要调整衰减倍率， 以满足监测大功率激光的要求。 6. 根据权利要求 1 所述的一种红外波段对准监视装置， 其特征在于， 所述红外光学系 统 （7） 包括锗透镜 （71） 、 硒化锌透镜 （72） 、 硒化锌光楔 （73） 和硒化锌光学平板 （75） ； 所述中 长波红外激光依次入射到锗透镜。
7、 （71） 和硒化锌透镜 （72） 上， 通过锗透镜 （71） 和硒化锌透 镜 （72） 配合曲率消除色差和初级像差， 中波红外激光通过硒化锌光楔 （73） 成像在红外四 象限探测器 （3） 的中心靶面 （74） 处， 长波红外激光通过硒化锌光学平板 （75） 成像在红外四 象限探测器 （3） 的中心靶面 （74） 处。 7. 根据权利要求 1 所述的一种红外波段对准监视装置， 其特征在于， 所述分时衰减器 （11） 可以采用特殊设计的光阑， 中长波红外激光分不同时段透过分时衰减器 （11） 对应的不 同孔径。 8. 根据权利要求 1 所述的一种红外波段对准监视装置， 其特征在于， 还包括信号。
8、转换 器 （6） ， 中长波红外激光经过红外光学系统 （7） 后打在红外四象限探测器 （3） 上， 再经过信 号转换器 （6） 进行信号提取和放大作用提取光斑中心位置信息给二维微调镜 （10） 使用， 保 持光斑中心始终位于红外四象限探测器 （3） 的中心靶面 （74） 。 权 利 要 求 书 CN 103940288 A 2 1/3 页 3 一种红外波段对准监视装置 发明领域 0001 本发明涉及光束控制技术领域， 具体涉及一种红外波段对准监视装置。 背景技术 0002 随着激光技术的迅猛发展， 基于各种激光源的激光器产品大量应用于军事、 工业 及医疗等领域， 其中的光束控制技术就显得越来越。
9、重要。 在光束控制技术领域中， 人们普遍 的关心激光束的指向位置， 发展了多种实时监控设备与装置， 但是在红外波段领域， 由于光 束不可见的特性， 还没有一种方法可以采用同一种器件， 同时监视多种红外波段的激光束 位置信息。 0003 对于红外波段激光束的对准监视， 以往通常采用两种红外成像系统， 分别对应不 同波段来进行对准监视， 但这种方法大大增加了整个系统的体积及成本， 通常一个中波红 外成像系统成本会超过百万人民币之多， 因此希望通过一种高性价比的探测器来实现多波 段红外激光器的对准监视， 这对多波段红外激光的对准监视是一种新的尝试。 发明内容 0004 为了解决现有采用两种红外成像系。
10、统对多波段红外激光器进行对准监视存在的 体积大、 成本高、 可靠性低的问题， 本发明提供一种可靠性高、 结构紧凑、 体积小、 成本低的 红外波段对准监视装置。 0005 本发明为解决技术问题所采用的技术方案如下 ： 0006 一种红外波段对准监视装置， 包括 ： 合束镜、 分时衰减器、 全反镜、 能量衰减系统、 红外光学系统、 红外四象限探测器和二维微调镜 ； 所述合束镜对中波红外激光高反， 对长波 红外激光高透， 中长波红外激光经过合束镜的合束作用后分不同时段进入分时衰减器， 经 过分时衰减器的分时监视和第一次能量衰减作用后， 中长波红外激光透过全反镜反射进入 能量衰减系统， 经过能量衰减系。
11、统的第二次能量衰减作用后， 中长波红外激光再经过红外 光学系统的消色差和消像差作用后， 最终成像在红外四象限探测器的中心靶面处， 红外四 象限探测器接收光斑位置信息进行监视， 光斑进入二维微调镜， 通过二维微调镜控制光斑 处于理想对准位置来保持多谱段光路对准。 0007 该装置还包括底板、 安装在底板上的侧底板罩和安装在侧底板罩上的上底板罩， 所述底板、 侧底板罩和上底板罩构成空箱结构， 所述合束镜、 分时衰减器、 全反镜、 能量衰减 系统、 红外光学系统、 红外四象限探测器和二维微调镜均安装在底板上， 并且位于空箱结构 内部。 0008 该装置还包括用于给红外四象限探测器供电的电源。 000。
12、9 该装置还包括法兰， 长波红外激光器提供的长波红外激光经过法兰入射至合束镜 上。 0010 所述能量衰减系统由多个衰减片组成， 可以根据需要调整衰减倍率， 以满足监测 大功率激光的要求。 说 明 书 CN 103940288 A 3 2/3 页 4 0011 所述红外光学系统包括锗透镜、 硒化锌透镜、 硒化锌光楔和硒化锌光学平板 ； 所 述中长波红外激光依次入射到锗透镜和硒化锌透镜上， 通过锗透镜和硒化锌透镜配合曲率 消除色差和初级像差， 中波红外激光通过硒化锌光楔成像在红外四象限探测器的中心靶面 处， 长波红外激光通过硒化锌光学平板成像在红外四象限探测器的中心靶面处。 0012 所述分时衰。
13、减器可以需采用特殊设计的光阑， 中长波红外激光分不同时段透过分 时衰减器上对应的不同孔径。 0013 该装置还包括信号转换器， 中长波红外激光经过红外光学系统后打在红外四象限 探测器上， 再经过信号转换器进行信号提取和放大作用提取光斑中心位置信息给二维微调 镜使用， 保持光斑中心始终位于红外四象限探测器的中心靶面。 0014 本发明的有益效果是 ： 本发明通过红外四象限探测器配合相应的红外光学系统实 现多波段红外激光器的对准监视， 由于只采用了一套红外四象限探测器及红外光学系统， 结构变得更为紧凑， 大大降低了体积和成本， 响应速度得到明显提高， 达到纳秒量级， 具有 监测多波段、 较大激光功。
14、率范围的能力以及高损伤阈值的优势， 性价比高， 简单实用， 有利 于商品化产品的应用。 0015 本发明的红外波段对准监视装置的具体指标为 ： 同时监测红外激光波段 3m 5m 和 8m 12m， 功率范围 ： 1W 10kW， 角度分辨率 ： 5“。 附图说明 0016 图 1 为本发明的一种红外波段对准监视装置的结构示意图。 0017 图 2 为图 1 中沿 C-C 向的示意图。 0018 图 3 为图 1 中沿 D-D 向的示意图。 0019 图 4 为中波红外激光通过红外光学系统进行成像的示意图。 0020 图 5 为长波红外激光通过红外光学系统进行成像的示意图。 0021 图 6 为。
15、中长波红外激光成像的靶面光斑图案。 0022 图 7 为分时衰减器的结构示意图。 0023 图 8 为分时衰减器的原理示意图。 0024 图中 ： 1、 底板， 2、 侧底板罩， 3、 红外四象限探测器， 4、 上底板罩， 5、 电源， 6、 信号转 换器， 7、 红外光学系统， 71、 锗透镜， 72、 硒化锌透镜， 73、 硒化锌光楔， 74、 中心靶面， 75、 硒化 锌光学平板， 8、 能量衰减系统， 9、 法兰， 10、 二维微调镜， 11、 分时衰减器， 12、 全反镜， 13、 合 束镜， 14、 中波红外激光成像的靶面光斑图案， 15、 长波红外激光成像的靶面光斑图案。 具体实。
16、施方式 0025 以下结合附图对本发明作进一步详细说明。 0026 本发明的一种红外波段对准监视装置， 主要由底板 1、 侧底板罩 2、 红外四象限探 测器 3、 上底板罩 4、 电源 5、 信号转换器 6、 红外光学系统 7、 能量衰减系统 8、 法兰 9、 二维微 调镜 10、 分时衰减器 11、 全反镜 12、 合束镜 13 组成。如图 1 所示， 侧底板罩 2 安装在底板 1 边缘， 上底板罩 4 安装在侧底板罩 2 上， 底板 1、 侧底板罩 2 和上底板罩 4 构成空箱结构， 红外四象限探测器 3、 电源 5、 信号转换器 6、 红外光学系统 7、 能量衰减系统 8、 法兰 9、 。
17、二维 微调镜 10、 分时衰减器 11、 全反镜 12 和合束镜 13 均安装在底板 1 上， 并且位于空箱结构内 说 明 书 CN 103940288 A 4 3/3 页 5 部。 0027 电源 5 用于给红外四象限探测器 3 供电。 0028 如图 2 和图 3 所示， 中波红外激光器提供的中波红外激光经过镜筒入射至合束镜 13上， 长波红外激光器提供的长波红外激光经过法兰9入射至合束镜13上， 合束镜13对中 波红外激光高反， 对长波红外激光高透， 中长波红外激光经过合束镜 13 的合束作用后分不 同时段进入分时衰减器 11， 分时衰减器 11 对中长波红外激光进行分时监视和第一次能量。
18、 衰减作用， 中长波红外激光经过分时衰减器 11 的第一次能量衰减作用后透过全反镜 12 反 射进入能量衰减系统 8， 能量衰减系统 8 对中长波红外激光进行第二次能量衰减作用， 中长 波红外激光通过能量衰减系统 8 的第二次能量衰减作用后进入红外光学系统 7， 经过红外 光学系统 7 的消色差和消像差作用后， 再经过信号转换器 6 的放大作用最终成像在红外四 象限探测器 3 的中心靶面 74 处， 采用红外四象限探测器 3 从合束镜 13 中接收光斑中心位 置信息进行监视， 最终光斑进入二维微调镜 10， 二维微调镜 10 控制光斑中心处于理想对准 位置即红外四象限探测器 3 的中心靶面处来。
19、保持多谱段光路对准。 0029 能量衰减系统 8 由多个衰减片组成， 可以根据需要调整衰减倍率， 以满足监测大 功率激光的要求。 0030 如图 4 和图 5 所示， 红外光学系统 7 主要由锗透镜 71、 硒化锌透镜 72、 硒化锌光楔 73 和硒化锌光学平板 75 组成。 0031 如图 4 所示， 中波红外激光依次入射到锗透镜 71 和硒化锌透镜 72 上， 通过锗透镜 71 和硒化锌透镜 72 配合曲率来消除中波红外激光的色差及部分初级像差， 中波红外激光 再入射到硒化锌光楔 73 上， 最终成像在红外四象限探测器 3 的中心靶面 74 处， 采用硒化锌 光楔 73 可以保证轴外的中波。
20、红外激光成像在红外四象限探测器 3 的中心靶面 74 处。 0032 如图 5 所示， 长波红外激光依次入射到锗透镜 71 和硒化锌透镜 72 上， 通过锗透镜 71 和硒化锌透镜 72 配合曲率来消除长波红外激光的色差及部分初级像差， 长波红外激光 再入射到硒化锌光学平板 75 上， 最终成像在红外四象限探测器 3 的中心靶面 74 处， 硒化锌 光学平板 75 不影响光斑成像位置。 0033 如图6所示， 中波红外激光成像的靶面光斑图案14与长波红外激光成像的靶面光 斑图案 15 这两种波段的红外激光靶面成像大小近似相等， 这有利于采用激光能量衰减及 分时监测的总体方案。 0034 如图 。
21、7 所示， 分时衰减器 11 利用特制光阑， 中长波红外激光分不同时段通过分时 衰减器 11 的对应孔径。如图 8 所示， 中长波红外激光在不同位置通过特殊设计的分时衰减 器 11， 特别是大功率激光， 光斑较大的情况下， 可以提取光斑中一部分能量分布， 光斑中间 部分的光斑， 起到了衰减高功率激光能量的作用， 同时由于不同波段的激光在不同位置入 射， 可以采用分时监测的方式， 通过红外四象限探测器 3 在其中心靶面 74 位置来监视光斑 位置。 说 明 书 CN 103940288 A 5 1/5 页 6 图 1 说 明 书 附 图 CN 103940288 A 6 2/5 页 7 图 2 说 明 书 附 图 CN 103940288 A 7 3/5 页 8 图 3 图 4 说 明 书 附 图 CN 103940288 A 8 4/5 页 9 图 5 图 6 说 明 书 附 图 CN 103940288 A 9 5/5 页 10 图 7 图 8 说 明 书 附 图 CN 103940288 A 10 。