一种高光束质量中等功率激光远程拦截系统的制作方法

一种高光束质量中等功率激光远程拦截系统，用于“低慢小”飞行器目标摧毁拦截，属于远程拦截系统技术领域。

背景技术：

美国已研发出了激光武器，国内相关单位也在积极探索和推动激光武器的应用研究，正在研发各种量级的激光武器，实现对无人机等目标进行有效拦截。但目前国内大型激光武器技术状态及技术特点并不太适用于反“低慢小”飞行器作战，主要表现在：

1)系统造价高，与价格低廉作战目标“低慢小”无人机相比，无法体现激光防卫系统效费比高的优势；

2)设备体量大，机动灵活性较差，应急处突能力不足；

3)制冷及热管理技术制约，目前，万瓦级激光器连续出光时间较短，且出光间歇期长，无法应对“低慢小”飞行器目标的“机海战术”。

技术实现要素：

本发明的目的在于：解决现有技术中的激光武器系统造价高，效费比高；设备体量大，机动灵活性较差，应急处突能力不足；万瓦级激光器连续出光时间较短，且出光间歇期长，无法应对“低慢小”飞行器目标的“机海战术”的问题；提供了

本发明采用的技术方案如下：

一种高光束质量中等功率激光远程拦截系统，其特征在于：包括光纤激光器，对光纤激光器发出的激光合束的合束单元，对合束单元发出的激光束在远场目标上聚焦的聚焦单元。

进一步，所述合束单元包括对光纤激光器发出的激光进行合束的合束快反镜和对合束快反镜进行调节的ccd。

进一步，所述聚焦单元包括沿光路依次配合设置的第二快反镜、分光镜、第一快反镜、角锥镜、主镜和次镜。

进一步，还包括接收依次沿角锥镜、衰减片、第一快反镜、楔镜反射的激光束和依次沿次镜、主镜、角锥镜、第一快反镜和分光镜反射的光线进行目标捕获跟踪的精密跟踪探测系统。

进一步，所述光纤激光器为1-7个，功率为1000w以上。

综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：

1、本发明采用功率合成技术和自动精密聚焦技术，在1km距离内实现对“低慢小”飞行器目标的拦截及摧毁，与目前在研的激光武器系统相比成本可降低亿元；

2、本发明体量小，机动灵活性好，应急处突能力强；

3、本发明采用千瓦级光纤激光器，可连续出光，间歇期短，可应对“低慢小”飞行器目标的“机海战术”；

4、本发明在确保系统拦截有效性的前提下，使该激光防卫系统具备更高的可靠性、机动性及连续作战能力；

5、精密跟踪探测系统进行目标跟踪拦截及摧毁，可实现精密捕获可跟踪，提高拦截及摧毁的准确率。

附图说明

图1为本发明的光路示意图；

图2为本发明的发射系统仿真示意图；

图3为本发明在0.5km、1km时聚焦光斑的大小示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

采用功率合成技术和自动精密聚焦技术，在1km距离内实现对“低慢小”飞行器目标的拦截及摧毁，相对于降低了目前在研的激光武器系统动辄上亿元的成本，该方案的优势在于大大节约了整套激光防卫系统的成本，且在目前激光器技术发展状态下，在确保系统拦截有效性的前提下，使该激光防卫系统具备更高的可靠性、机动性及连续作战能力。

主光路分系统采用共口径光路设计，首先对光纤激光器(光纤激光器自带预准直功能)发出的激光束通过合束快反镜4和ccd3进行合束处理，合束处理后激光束经过第二快反镜5反射给分光镜6，分光镜6将第二快反镜5反射的激光束全反给第一快反镜8，第一快反镜8将分光镜6反射的光反射给角锥镜10进行透射，透射的光经过主镜11和次镜12(本案为离轴卡式镜激光发射光学系统)从窗口发射出去。通过调节次镜与主镜之间的间距，实现激光束在远场目标上的聚焦。激光束一部分通过角锥镜10透射，另一部分通过角锥镜10反射，经衰减片9衰减，第一快反镜8反射，楔镜7反射进入精密跟踪探测系统13；目标反射回来的光线，经窗口14后进入主光路，依次沿次镜12、主镜11、角锥镜10透射，第一快反镜8反射和分光镜6透射的光线进进入精密跟踪探测系统13形成图像，实现对目标的捕获跟踪。主光路如图1所示。

具体实施如下：

利用lighttools对激光发射系统进行仿真，如图2所示为系统仿真图，光源放置主镜左面，光纤激光器为7个，形成6路包围1路的合成光束，遮挡中心光束中心的一部分来模拟空心光束。图3中分别给出了聚焦距离在0.5km、1km时聚焦光斑的大小，合束激光束的形状并不影响聚焦光斑的形状，聚焦光斑为一个圆光斑。

以国内目前的技术水平，在激光武器装备化应用方面，空间功率合成技术体制比单路大功率技术体制有着明显的优势。

1)光束质量对远场聚焦的影响

光束质量评价标准为m²因子，其定义为：

式中ω和ω0分别为被测实际光束和基模高斯光束的束腰宽度(束宽按二阶矩定义)，θ和θ0分别为被测实际光束和基模高斯光束的远场发散角。而激光远场光斑面积为：

因此，激光远场光斑功率密度与光斑面积成反比，激光远场光斑功率密度与光束质量因子的平方成反比，其中l为与目标的距离。

例如，目前，国内最高水平1万瓦固体激光器的光束质量m²因子约为2.5左右，而技术成熟的1000瓦光纤激光器的光束质量m²因子约为1.4左右，采用同样的光学系统，则1万瓦固体激光器在远场光斑面积约为1000瓦光纤激光器的3.2倍，由于激光武器的打击效能主要与激光光斑功率密度有关，因此，理论上，只需要3台1000瓦光纤激光器进行空间功率合成即可达到与1万瓦固体激光器同样的打击效能，若采用10台1000瓦光纤激光器进行空间合成，输出功率同样达到1万瓦，则其作战效能将远超1万瓦固体激光器。

2)万瓦级激光器连续工作时间短，影响对抗多批次目标

单路大功率激光器由于其单路输出功率较大，电光转换效率较低，对热管理要求较高，连续工作时间较短。

目前，国内最高水平的万瓦级固体激光器连续工作时间为30s，而工作时间间隔长达5min以上，无法实现对多批次目标的打击对抗。

而对于千瓦级别的光纤激光器来说，对连续工作时间基本没有限制，能够满足对多批次目标的连续打击作战要求。

3)制造成本

以国内目前的技术水平，万瓦级固体激光器的研制成本大约在4000万以上，由于其光学系统重量达400公斤左右，伺服系统、跟瞄系统压力较大，造成整系统造价偏高，大约在1.2亿左右，而千瓦级高光束质量光纤激光器的售价约为40万左右，即使采用12台进行空间功率合成，整系统总造价约为3000万左右，依然相差4倍之多。

综上所述，由于空间功率合成技术体制激光武器所采用的激光源光束质量远远优于单台大功率激光器，其远场聚焦能力优势十分明显，能够达到更加理想的作战效果，并且其对多批次目标的连续打击能力更高，制造成本更低，因此，就目前国内的激光器技术水平来说，采用多台空间功率合成技术体制是实现激光武器装备的合理选择。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。