激光扩束装置及无人机激光狙击系统的制作方法

本实用新型涉及无人机反制领域，特别是一种激光扩束装置及无人机激光狙击系统。

背景技术：

无人机违规飞行会对国家公共安全、飞行安全甚至是空防安全构成威胁。比如，利用无人机进行偷拍和窃取信息，携带危害公共安全的物质，再比如，某机场出现无人机黑飞事件，导致大量航班被延误，产生了重大损失。

无人机激光狙击系统，是一种利用激光打击目标(无人机)的系统，激光单元产生的打击激光由激光发射望远镜发射出去。在采用固体激光器作为打击光源的激光单元中，固体激光器输出激光的发散角和光束直径难以直接与激光发射望远镜匹配，因此需要对固体激光器输出的激光进行变换，以便与激光发射望远镜匹配。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于提供一种应用于无人机激光狙击系统的激光扩束装置。为此，本实用新型实施例提供了以下技术方案：

一种应用于无人机狙击系统的激光扩束装置，包括：

光束整形单元，用于调整固体激光器输出的激光的横截面形状和横截面上光强分布；

二级扩束单元，用于将整形后的激光扩束为第二准直激光，第二准直激光的口径大于第一准直激光的口径。

根据本实用新型实施例，上述装置中，还包括一级扩束单元，用于将从固体激光器输出的打击激光准直扩束为第一准直激光；此时，所述光束整形单元，具体用于调整一级扩束单元输出的第一准直激光的横截面形状和横截面上光强分布。

根据本实用新型实施例，所述一级扩束单元和/或二级扩束单元，包括透射式扩束次镜和透射式扩束主镜，扩束次镜的焦点与扩束主镜的焦点重合。或者，所述一级扩束单元和/或二级扩束单元，包括反射式扩束次镜和反射式扩束主镜，输入至一级扩束单元或二级扩束单元的光束先经扩束次镜反射至扩束主镜，再经扩束主镜反射后输出。

本实用新型的另一个目的是提供一种无人机激光狙击系统，为此，本实用新型实施例提供了以下技术方案：

一种无人机激光狙击系统，包括：

固体激光器，用于输出打击目标的打击激光；

本实用新型实施例任一实施方式所述的激光扩束装置，用于将固体激光器输出的打击激光变换为与激光发射望远镜匹配的激光；

所述激光发射望远镜，用于将激光扩束装置输出的激光发射出去。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果：

1、通过设置激光扩束装置对固体激光器输出的激光进行准直、扩束、整形处理，使其与激光发射望远镜相匹配，使得利用固体激光器输出的激光打击无人机成为可能。

2、固体激光器输出的打击激光经过扩束整形后，降低了后续光路光学镜镜面上的激光功率密度，避免损坏器件。

3、扩束后与望远镜接口相匹配，降低了望远镜的放大倍率，减小望远镜的设计和加工难度，同时避免了望远镜接收的目标光的光轴偏移造成目标光的光瞳偏移，导致目标光探测系统不能完整接收到目标光的问题。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单的介绍，应当理解，以下附图仅示出了本实用新型的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本实用新型实施例中所述无人机激光狙击系统的结构示意图。

图2为本实用新型实施例中所述扩束单元的一种结构示意图。

图3为本实用新型实施例中所述扩束单元的另一种结构示意图。

图4为本实用新型实施例中所述扩束单元的另一种结构示意图。

图5为光束变换过程示意图。

图6为柱面透镜的结构示意图。

图中标记说明

1-光学谐振腔输出的光束；2-经一级扩束单元后的光束；3-经光束整形单元后的光束；4-经二级扩束单元后的光束；20-固体激光器；30-激光扩束装置；40-激光发射望远镜；301-一级扩束单元；302-二级扩束单元；303-整形单元；3011-扩束次镜；3012-扩束主镜。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本实用新型实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本实用新型的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本实用新型的范围，而是仅仅表示本实用新型的选定实施例。基于本实用新型的实施例，本领域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，都属于本实用新型保护的范围。

请参阅图1-5，图中箭头表示激光束的传输方向，本实施例中提供了一种无人机激光狙击系统，包括固体激光器20、激光扩束装置30、激光发射望远镜40。

固体激光器20，用于输出打击目标的打击激光，打击激光通过固体激光器的光学谐振腔输出。

激光扩束装置30，用于将固体激光器20输出的打击激光准直、扩束及整形，使其与激光发射望远镜相匹配，然后输出至激光发射望远镜40。

激光发射望远镜40，用于将激光扩束装置30输出的激光发射出去。

激光扩束装置30包括一级扩束单元301、整形单元303和二级扩束单元302。一级扩束单元301的输入参数，与固定激光器输出的激光束的特性匹配，这些特性包括光束的横截面形状、尺寸、光强分布、功率密度分布等。一级扩束单元301可以采用由负透镜组和正透镜组组成的透射式光学系统(例如图2所示)，也可以采用离轴全反射式光学系统(例如图3所示)，或者全反射卡塞格林光学系统(例如图4所示)。光束整形单元与一级扩束单元输出激光的参数匹配。

需要说明的是，针对于某些固体激光器输出的激光束的口径合适，激光扩束装置30也可以没有一级扩束单元，只需要整形单元和二级扩束单元即可。

一级扩束单元301与二级扩束单元可以采用相同或不同的结构，一级扩束单元301与二级扩束单元302均包括扩束主镜3012和扩束次镜3011，扩束次镜3011和扩束主镜3012组成的扩束光学系统可以采用多种方式，例如图2-4所示。为了便于描述，本实施例中仅以一级扩束单元为例进行描述。

图2所示结构，为透射式扩束光学系统，扩束次镜3011为一个透镜或透镜组，扩束主镜3012为另一个透镜或透镜组，扩束次镜3011的焦点与扩束主镜3012焦点重合，来自固体激光器20的打击激光入射至扩束次镜3011，经扩束次镜3011后传输至扩束主镜3012，再经扩束主镜3012扩束后输出第一准直激光。该结构适用于对固体激光器输出的实心光束或空心光束的扩束。

图3所示结构，为离轴反射式扩束光学系统，来自固体激光器20的打击激光入射至扩束次镜3011，经扩束次镜3011后反射至扩束主镜3012，经扩束主镜3012扩束后反射输出第一准直激光。作为一种较优的布置方式，对于扩束主镜3012与扩束次镜3011的设置，扩束主镜3012不阻碍来自固体激光器20的打击激光入射至扩束次镜3011，即扩束主镜3012位于扩束次镜3011的入射光线的传输路径外。该结构适用于对固体激光器输出的实心光束或空心光束的扩束。

图4所示结构，为卡塞格林反射式扩束光学系统，来自固体激光器20的打击激光入射至扩束次镜3011，经扩束次镜3011后反射至扩束主镜3012，再经扩束主镜3012扩束后反射输出第一准直激光。该结构适用于对固体激光器输出的空心光束的扩束，不适用于对固体激光器输出的实心光束的扩束。

光束整形单元303，一般采用柱面透镜，例如图6所示，图6中箭头为穿过柱面透镜的光束的传输方向，柱面透镜为平凸透镜，光束从底面入射，从顶面输出，光束沿柱面镜的长度方向保持不变，沿柱面镜的宽度方向被压缩。

光束整形单元303，将第一准直激光束的截面形状变换成需要的形状。打击激光由固体激光器的光学谐振腔输出，根据固体激光器采用的光学谐振腔的形式不同，输出的打击激光的横截面形状也不同。光学谐振腔输出的光束，通常发散角大、形状特殊、光束口径小、光束口径上的激光平均功率密度高；光学谐振腔输出的打击激光经过一级扩束单元后，发散角减小、光束口径增大、光束口径上的激光平均功率密度降低；再经过光束整形单元后，将第一准直激光的横截面形状和横截面上光强的分布改变成符合激光发射望远镜输入要求的准直光；再经过二级扩束单元后，输出一个发散角小、光束形状和口径与激光发射望远镜匹配的第二准直激光，最后经激光发射望远镜发射出去。如图5所示，光学谐振腔输出的光束1为长条形光束，经过一级扩束单元后的光束2为等比例放大的长条形光束；经过光束整形单元后光束3为的正方形光束；经过二级扩束单元后的光束4为等比例放大的正方形光束。

在无人机狙击系统中，激光发射望远镜40不仅用于将打击激光发射出去，还可以用于接收来自目标的光线，实现对目标的探测和跟踪。此时，激光发射望远镜内部的光学系统组件不仅用于传输打击激光，还可用于传输来自目标的跟踪光线。为了实现对目标的精密跟踪，光学系统组件中包括至少一个目标跟踪执行元件，用于实时改变光束方向以跟踪目标。来自目标的跟踪光线入射至激光发射望远镜内，经光学系统组件传输后，进入目标跟踪探测单元，根据目标跟踪探测单元输出的信号得到目标的脱靶量，进而产生控制信号，控制目标跟踪执行元件，实现目标跟踪。本实施例所述无人机激光狙击系统中，目标跟踪光路与激光发射光路共用一套光路系统，当目标被跟踪锁定后，沿相同路径对其发射激光进行打击，可以保障目标被准确击中，避免误伤第三方。

以上所述，仅为本实用新型的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。