透射式激光发射和精准跟踪成像共孔径光学系统的制作方法

本发明涉及光学系统领域，尤其涉及透射式激光发射和精准跟踪成像共孔径光学系统。

背景技术：

1、光纤激光器输出能量高、高稳定性、结构紧凑、易于模块化、无污染和光束质量好等优点，可方便地装备各种平台以应用，是目前研究最多也是最具潜力的激光发射系统。

2、激光发射和精准跟踪成像共孔径光学系统，其主要任务是在作用距离内，通过定向激光对保护目标周边空域内的有效载荷进行定点照射，利用激光的烧蚀效应，造成被照射目标的结构破坏或功能失效，利用共孔径精准跟踪成像通道瞄准、跟踪目标，使得共轴的照射激光准确、集中、稳定地辐照、汇聚到目标上。

3、在激光扩束方面，鉴于发射激光的高功率特性，为避免产生光束实焦点而导致周围空气过热或击穿，选择无焦扩束光学系统。为保证不同合束方式激光的中心光束能够无遮拦地通过发射光路，目前，更多厂家使用离轴反射式卡塞格林望远系统实现扩束，其具有更远作用距离、更高功率扩展性，但同时也存在装配难度大、环境适应性差、失调时效环节多、造价高等困难。

4、因此，根据出射激光功率不是特别高，稳定性好、公差不敏感、环境适应性更好、生产加工难度低、成本更低的透射式光学系统满足其光学零件表面平均功率和损伤阈值要求，亟需设计出符合出射激光功率不是特别高的激光发射和精准跟踪成像共孔径光学系统。

技术实现思路

1、本发明主要目的是提供一种透射式激光发射和精准跟踪成像共孔径光学系统，具有激光发射和汇聚、精准跟踪成像、激光发射和精准跟踪成像光路中的光轴校准功能的集成，稳定性好、公差不敏感、环境适应性更好、生产加工难度低、成本更低等特点。

2、本发明所采用的技术方案是：

3、提供一种透射式激光发射和精准跟踪成像共孔径光学系统，包括激光器折转组、小口径二级望远系统、分光镜、光轴校准系统、小视场跟瞄成像系统后组、共孔径折转扫描系统和大口径一级望远系统；其中：

4、激光扩束通过激光器折转组折转后进入小口径二级望远系统进行扩束，再经分光镜进入共孔径折转扫描系统后入射大口径一级望远系统，通过大口径一级望远系统目镜组整体调焦，完成激光汇聚调焦；

5、外界景物图像经过共用光路的大口径一级望远系统和共孔径折转扫描系统折转后进入分束镜，光轴校准系统将分束镜出射的光束再原路反射到分束镜，最后由分光镜进入精准跟踪成像光路后组中，得到激光发射轴和跟踪瞄准轴之间的偏差，通过调节激光器折转组中各个折转反射镜的角度进行跟踪瞄准轴偏差的闭环校准。

6、接上述技术方案，大口径一级望远系统包括伽利略物镜和伽利略目镜。

7、接上述技术方案，共孔径折转扫描系统包括四个折转反射镜。

8、接上述技术方案，小口径二级望远系统包括伽利略物镜和伽利略目镜。

9、接上述技术方案，激光器折转组包括两个平行设置的折转反射镜。

10、接上述技术方案，小视场跟瞄精准跟踪成像系统后组包括开普勒物镜和开普勒目镜。

11、接上述技术方案，光轴校准系统为光轴校准光路回射器。

12、接上述技术方案，光轴校准光路回射器为自准直反射镜或者高精度角锥。

13、接上述技术方案，小视场跟瞄精准跟踪成像系统后组采用像方远心光路。

14、接上述技术方案，大口径一级望远系统和小口径二级望远系统均为透射式高损伤阈值光学材料制成。

15、本发明产生的有益效果是：本发明的透射式激光发射和精准跟踪成像共孔径光学系统总的来说具有稳定性好、公差不敏感、环境适应性更好、生产加工难度低、成本更低优点；可实现激光发射和汇聚、精准跟踪成像、激光发射和精准跟踪成像光路中的光轴校准功能的集成，光轴指向性在线校正，保证共孔径光学光轴一致性，从而实现激光出射照射、汇聚到目标上。具体来说，本发明在大口径一级望远系统、小口径二级望远系统的分级望远系统之间的平行光路设置共孔径折转扫描系统，有利于实现总体布局和目标的全域照射。

16、进一步地，小视场跟瞄精准跟踪成像系统后组采取二次成像形式，有利于减小因小视场跟瞄精准跟踪成像系统后组与大口径一级望远系统的光程拉长导致光学系统设计难度急剧增大，有利于减小共孔径的大口径一级望远系统口径，提升小视场跟瞄精准跟踪成像系统的成像质量。

17、进一步地，大口径一级望远系统为激光出射通道和小视场跟瞄成像系统通道共孔径，共孔径的大口径一级望远系统给小视场跟瞄成像系统带来的剩余色差由小视场跟瞄精准跟踪成像系统后组校正；大口径一级望远系统目镜整体调焦，实现激光光斑聚焦，即将激光聚焦在目标处、以获得最大能量密度聚焦光斑；

18、进一步地，利用激光光束在光学零件上的剩余漏光部分经光路回射器原路反射后进入精准跟踪成像光路后组，实现了精准跟踪成像通道来检测激光发射光轴，得到激光发射系统非共光路部分与精跟踪成像非共光路部分光轴之间平行性误差，激光发射轴和跟踪瞄准轴(即视轴)之间偏差，利用自发自收机制减少了检测误差来源；通过调节激光器出射光路非共用部分位置设置的反射镜(折转反射镜)角度实现视轴偏差的闭环校准；

19、进一步地，高功率激光出射光束扩大口径、缩小光束张角作用的望远系统分为两级扩束，增大出射激光伽利略望远系统光学系统扩束的级数，有利于降低望远系统光学系统扩束加工难度、减小光学系统敏感度，有利于光学系统布局；

20、进一步地，分光镜设置于经过小口径二级望远系统扩束光路中，有利于降低高能激光波段和小视场跟瞄成像波段的分光膜系的损伤阈值要求，减小分光膜的镀制难度；

21、当然，实施本发明的任一产品并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。

技术特征：

1.一种透射式激光发射和精准跟踪成像共孔径光学系统，其特征在于，包括激光器折转组、小口径二级望远系统、分光镜、光轴校准系统、小视场跟瞄成像系统后组、共孔径折转扫描系统和大口径一级望远系统；其中：

2.根据权利要求1所述的透射式激光发射和精准跟踪成像共孔径光学系统，其特征在于，大口径一级望远系统包括伽利略物镜和伽利略目镜。

3.根据权利要求1所述的透射式激光发射和精准跟踪成像共孔径光学系统，其特征在于，共孔径折转扫描系统包括四个折转反射镜。

4.根据权利要求1所述的透射式激光发射和精准跟踪成像共孔径光学系统，其特征在于，小口径二级望远系统包括伽利略物镜和伽利略目镜。

5.根据权利要求1所述的透射式激光发射和精准跟踪成像共孔径光学系统，其特征在于，激光器折转组包括两个平行设置的折转反射镜。

6.根据权利要求1所述的透射式激光发射和精准跟踪成像共孔径光学系统，其特征在于，小视场跟瞄精准跟踪成像系统后组包括开普勒物镜和开普勒目镜。

7.根据权利要求1所述的透射式激光发射和精准跟踪成像共孔径光学系统，其特征在于，光轴校准系统为光轴校准光路回射器。

8.根据权利要求2所述的透射式激光发射和精准跟踪成像共孔径光学系统，其特征在于，光轴校准光路回射器为自准直反射镜或者高精度角锥。

9.根据权利要求1所述的透射式激光发射和精准跟踪成像共孔径光学系统，其特征在于，小视场跟瞄精准跟踪成像系统后组采用像方远心光路。

10.根据权利要求1-9中任一项所述的透射式激光发射和精准跟踪成像共孔径光学系统，其特征在于，大口径一级望远系统和小口径二级望远系统均为透射式高损伤阈值光学材料制成。

技术总结本发明公开了一种透射式激光发射和精准跟踪成像共孔径光学系统，激光扩束通过激光器折转组折转后进入小口径二级望远系统进行扩束，再经分光镜进入共孔径折转扫描系统后入射大口径一级望远系统，通过大口径一级望远系统目镜组整体调焦，完成激光汇聚调焦；外界景物图像经过共用光路的大口径一级望远系统和共孔径折转扫描系统折转后进入分束镜，光轴校准系统将分束镜出射的光束再原路反射到分束镜，最后由分光镜进入精准跟踪成像光路后组中，得到激光发射轴和跟踪瞄准轴之间的偏差，通过调节激光器折转组中各个折转反射镜的角度进行跟踪瞄准轴偏差的闭环校准。本发明具有稳定性好、公差不敏感、环境适应性更好、生产加工难度低、成本更低等特点。技术研发人员：王海涛,张伟,熊涛,杨晓燕,刘明群,杨林峰,张建明受保护的技术使用者：湖北久之洋红外系统股份有限公司技术研发日：技术公布日：2024/5/19