本發(fā)明涉及激光技術(shù)領(lǐng)域，具體而言，涉及一種超大功率的激光空間合束系統(tǒng)、超高功率空間合束激光系統(tǒng)及集團(tuán)中央計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

目前國內(nèi)現(xiàn)存的傳統(tǒng)的高功率激光系統(tǒng)主要存在以下不足：(1)輸出總功率偏低，單脈沖能量低，激光應(yīng)用受到制約；(2)大功率多模激光光束模式差制約激光功率的提升；(3)激光光束能量遠(yuǎn)距離輸出衰減太多導(dǎo)致遠(yuǎn)距離傳輸總功率密度受限，制約激光在國防領(lǐng)域，如對(duì)導(dǎo)彈、火箭彈、無人機(jī)、軍用飛機(jī)攔截的應(yīng)用。

目前本領(lǐng)域還沒有將多個(gè)激光器組合成一起合用的先例。

有鑒于此，特提出本發(fā)明。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了解決現(xiàn)有技術(shù)中的上述問題，即為了解決如何在計(jì)算機(jī)指揮下集中所有激光器能量對(duì)任意目標(biāo)實(shí)施智能跟蹤照射并使激光束遠(yuǎn)距離輸出的技術(shù)問題，提供一種超大功率的激光空間合束系統(tǒng)。另外，為此，還提供一種超高功率空間合束激光系統(tǒng)及集團(tuán)中央計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，第一方面，提供以下技術(shù)方案：

一種超大功率的激光空間合束系統(tǒng)，其包括：多個(gè)激光器、多個(gè)光路調(diào)節(jié)模塊、角度擺頭、旋轉(zhuǎn)臺(tái)和數(shù)控系統(tǒng)，其中，光路調(diào)節(jié)模塊包括擴(kuò)束鏡、準(zhǔn)直鏡和反光鏡，多個(gè)光路調(diào)節(jié)模塊構(gòu)成整體的光路面陣，光路面陣安裝于角度擺頭，角度擺頭安裝于旋轉(zhuǎn)臺(tái)；數(shù)控系統(tǒng)控制旋轉(zhuǎn)臺(tái)、角度擺頭和光路面陣上的各光路調(diào)節(jié)模塊聯(lián)動(dòng)，使得多個(gè)激光器發(fā)出的激光束以空間合束方式匯聚于一點(diǎn)。

優(yōu)選地，多個(gè)光路調(diào)節(jié)模塊構(gòu)成階梯式的一體的光路面陣。

優(yōu)選地，多個(gè)激光器為多個(gè)高功率單模光纖激光器的組合。

優(yōu)選地，光路調(diào)節(jié)模塊包括電機(jī)；數(shù)控系統(tǒng)控制準(zhǔn)直鏡和各反光鏡聯(lián)動(dòng)，使得激光器發(fā)出的激光束以空間合束方式匯聚于一點(diǎn)，可以通過以下方式來實(shí)現(xiàn)：

擴(kuò)束鏡固定，準(zhǔn)直鏡和反光鏡由數(shù)控系統(tǒng)控制并由電機(jī)驅(qū)動(dòng)，來實(shí)現(xiàn)激光束的空間的焦距調(diào)節(jié)和角度調(diào)節(jié)，從而使激光束匯聚于一點(diǎn)。

優(yōu)選地，光路調(diào)節(jié)模塊中的電機(jī)為壓電陶瓷電機(jī)。

優(yōu)選地，激光束的空間的焦距調(diào)節(jié)通過以下方式來實(shí)現(xiàn)：

準(zhǔn)直鏡由數(shù)控系統(tǒng)控制并由電機(jī)驅(qū)動(dòng)做軸向移動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)激光束的空間的焦距調(diào)節(jié)。

優(yōu)選地，反光鏡至少為二片；

激光束的空間的角度調(diào)節(jié)通過以下方式來實(shí)現(xiàn)：

二片反光鏡由數(shù)控系統(tǒng)控制并在電機(jī)的驅(qū)動(dòng)下左右擺動(dòng)，二片反光鏡的擺動(dòng)軸空間互相垂直，以控制激光束的橫向和縱向擺動(dòng)，實(shí)現(xiàn)激光束的空間的角度調(diào)節(jié)。

優(yōu)選地，擴(kuò)束鏡為凸透鏡或凹透鏡。

優(yōu)選地，準(zhǔn)直鏡為凸透鏡。

優(yōu)選地，準(zhǔn)直鏡與擴(kuò)束鏡同軸，且準(zhǔn)直鏡由數(shù)控系統(tǒng)控制并由電機(jī)驅(qū)動(dòng)做軸向移動(dòng)。

優(yōu)選地，系統(tǒng)包括做單軸直線運(yùn)動(dòng)的第一壓電陶瓷電機(jī)及做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的第一旋轉(zhuǎn)壓電陶瓷電機(jī)和第二旋轉(zhuǎn)壓電陶瓷電機(jī)；反光鏡至少包括第一反光鏡和第二反光鏡；第一壓電陶瓷電機(jī)的軸線與準(zhǔn)直鏡的軸線相互平行，第一旋轉(zhuǎn)壓電陶瓷電機(jī)的軸線與準(zhǔn)直鏡的軸線在平面內(nèi)垂直，第二旋轉(zhuǎn)壓電陶瓷電機(jī)的軸線和第一旋轉(zhuǎn)壓電陶瓷電機(jī)的軸線在空間相互垂直；其中，數(shù)控系統(tǒng)控制第一壓電陶瓷電機(jī)驅(qū)動(dòng)準(zhǔn)直鏡做單軸直線運(yùn)動(dòng)，以及控制第一旋轉(zhuǎn)壓電陶瓷電機(jī)驅(qū)動(dòng)第一反光鏡擺動(dòng)，并控制第二旋轉(zhuǎn)壓電陶瓷電機(jī)驅(qū)動(dòng)第二反光鏡擺動(dòng)。

優(yōu)選地，角度擺頭包括擺頭架、油浮軸承、光柵尺和第一電機(jī)；旋轉(zhuǎn)臺(tái)包括底座、平臺(tái)、油浮軸承、光柵尺和第二電機(jī)；角度擺頭和旋轉(zhuǎn)臺(tái)由數(shù)控系統(tǒng)控制分別由第一電機(jī)和第二電機(jī)驅(qū)動(dòng)做擺動(dòng)運(yùn)動(dòng)、旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。

優(yōu)選地，角度擺頭和旋轉(zhuǎn)臺(tái)中的第一電機(jī)和第二電機(jī)為力矩電機(jī)。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，第二方面，提供一種超高功率空間合束激光系統(tǒng)，包括多個(gè)上述超大功率的激光空間合束系統(tǒng)。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，第三方面，提供一種集團(tuán)中央計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，包括多個(gè)上述超大功率的激光空間合束系統(tǒng)。

本發(fā)明提供一種超大功率的激光空間合束系統(tǒng)、超高功率空間合束激光系統(tǒng)及集團(tuán)中央計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)。其中，該超大功率的激光空間合束系統(tǒng)包括：多個(gè)激光器、多個(gè)光路調(diào)節(jié)模塊、角度擺頭、旋轉(zhuǎn)臺(tái)和數(shù)控系統(tǒng)，其中，光路調(diào)節(jié)模塊包括擴(kuò)束鏡、準(zhǔn)直鏡和反光鏡，多個(gè)光路調(diào)節(jié)模塊構(gòu)成整體的光路面陣，光路面陣安裝于角度擺頭，角度擺頭安裝于旋轉(zhuǎn)臺(tái)；數(shù)控系統(tǒng)控制旋轉(zhuǎn)臺(tái)、角度擺頭和光路面陣上的各光路調(diào)節(jié)模塊聯(lián)動(dòng)，使得多個(gè)激光器發(fā)出的激光束以空間合束方式匯聚于一點(diǎn)。在該方案中，通過光路面陣將多個(gè)光路調(diào)節(jié)模塊集合成一體，再通過數(shù)控系統(tǒng)控制旋轉(zhuǎn)臺(tái)、角度擺頭和光路面陣上的各個(gè)光路調(diào)節(jié)模塊進(jìn)行聯(lián)動(dòng)，激光束依次經(jīng)由擴(kuò)束鏡、準(zhǔn)直鏡和反光鏡輸出，完成各激光器發(fā)出的激光光束的空間合束與聚焦，從而將各激光器發(fā)出的激光束以空間合束方式匯聚于一點(diǎn)再指向任意目標(biāo)；其中，由于將多個(gè)光路調(diào)節(jié)模塊構(gòu)成光路面陣，形成面陣式組合結(jié)構(gòu)，使得激光功率無上限，單脈沖能量超高，功率大小可以按需而定，額定功率的高低由面陣組合的大小決定；由此，解決了如何在計(jì)算機(jī)指揮下集中所有激光器能量對(duì)任意目標(biāo)實(shí)施智能跟蹤照射并使激光束遠(yuǎn)距離輸出的技術(shù)問題，為激光應(yīng)用到國防領(lǐng)域，如在導(dǎo)彈、火箭彈、無人機(jī)、軍用飛機(jī)攔截等領(lǐng)域的應(yīng)用，提供了技術(shù)支持。

附圖說明

圖1a是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的光路調(diào)節(jié)模塊作用于光路的原理示意圖；

圖1b是根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施例的光路調(diào)節(jié)模塊作用于光路的原理示意圖；

圖1c是根據(jù)本發(fā)明再一實(shí)施例的光路調(diào)節(jié)模塊作用于光路的原理示意圖；

圖2a是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的擴(kuò)束鏡采用固定的凹透鏡、準(zhǔn)直鏡采用可動(dòng)的凸透鏡時(shí)光路調(diào)節(jié)模塊作用于光路的原理示意圖；

圖2b是根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施例的擴(kuò)束鏡采用固定的凹透鏡、準(zhǔn)直鏡采用可動(dòng)的凸透鏡時(shí)光路調(diào)節(jié)模塊作用于光路的原理示意圖；

圖2c是根據(jù)本發(fā)明再一實(shí)施例的擴(kuò)束鏡采用固定的凹透鏡、準(zhǔn)直鏡采用可動(dòng)的凸透鏡時(shí)光路調(diào)節(jié)模塊作用于光路的原理示意圖；

圖3a是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的擴(kuò)束鏡采用固定的凸透鏡、準(zhǔn)直鏡采用可動(dòng)的凸透鏡時(shí)光路調(diào)節(jié)模塊作用于光路的原理示意圖；

圖3b是根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施例的擴(kuò)束鏡采用固定的凸透鏡、準(zhǔn)直鏡采用可動(dòng)的凸透鏡時(shí)光路調(diào)節(jié)模塊作用于光路的原理示意圖；

圖3c是根據(jù)本發(fā)明再一實(shí)施例的擴(kuò)束鏡采用固定的凸透鏡、準(zhǔn)直鏡采用可動(dòng)的凸透鏡時(shí)光路調(diào)節(jié)模塊作用于光路的原理示意圖；

圖4是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的光路調(diào)節(jié)模塊中擴(kuò)束鏡采用固定的凹透鏡、準(zhǔn)直鏡采用可動(dòng)的凸透鏡時(shí)與反光鏡配合作用激光束的光路原理示意圖；

圖5是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的光路調(diào)節(jié)模塊中擴(kuò)束鏡采用固定的凸透鏡、準(zhǔn)直鏡采用可動(dòng)的凸透鏡時(shí)與反光鏡配合作用激光束的光路原理示意圖；

圖6是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的光路調(diào)節(jié)模塊中的準(zhǔn)直鏡、反光鏡在壓電陶瓷電機(jī)的驅(qū)動(dòng)下配合作用激光束的三維光路示意圖；

圖7是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的旋轉(zhuǎn)臺(tái)與角度擺頭裝配后的剖視示意圖；

圖8是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的旋轉(zhuǎn)臺(tái)與角度擺頭裝配后的三維示意圖；

圖9a是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的光路面陣空間合束聚焦示意圖；

圖9b是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的由多個(gè)光路調(diào)節(jié)模塊構(gòu)成的階梯面陣示意圖；

圖10是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的超大功率的激光空間合束系統(tǒng)輸出的面陣式激光光束時(shí)的空間合束聚焦原理示意圖；

圖11是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的超大功率的激光空間合束系統(tǒng)的組配示意圖；

圖12是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的多個(gè)超大功率的激光空間合束系統(tǒng)聯(lián)合鎖定同一目標(biāo)點(diǎn)位的示意圖；

圖13是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的利用本發(fā)明實(shí)施例提供的超大功率的激光空間合束系統(tǒng)來構(gòu)成超高功率空間合束激光系統(tǒng)的應(yīng)用結(jié)構(gòu)示意圖；

圖14是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的利用本發(fā)明實(shí)施例提供的多個(gè)超大功率的激光空間合束系統(tǒng)來構(gòu)成集團(tuán)中央計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

下面參照附圖來描述本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解的是，這些實(shí)施方式僅僅用于解釋本發(fā)明的技術(shù)原理，并非旨在限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。

本發(fā)明實(shí)施例提供一種超大功率的激光空間合束系統(tǒng)。該系統(tǒng)可以包括：多個(gè)激光器、多個(gè)光路調(diào)節(jié)模塊、角度擺頭、旋轉(zhuǎn)臺(tái)、數(shù)控系統(tǒng)，其中，光路調(diào)節(jié)模塊包括擴(kuò)束鏡、準(zhǔn)直鏡、反光鏡，多個(gè)光路調(diào)節(jié)模塊構(gòu)成整體的光路面陣，該光路面陣安裝于角度擺頭，角度擺頭安裝于旋轉(zhuǎn)臺(tái)；數(shù)控系統(tǒng)控制旋轉(zhuǎn)臺(tái)、角度擺頭和光路面陣上的各個(gè)光路調(diào)節(jié)模塊聯(lián)動(dòng)，使得激光器發(fā)出的激光束以空間合束方式匯聚于一點(diǎn)。

在上述實(shí)施例中，激光器是該系統(tǒng)激光能量的核心，激光器優(yōu)選為單模光纖激光器。更優(yōu)選地，上述多個(gè)激光器為多個(gè)高功率單模光纖激光器的組合。單模光纖激光器的激光束依次經(jīng)由擴(kuò)束鏡、準(zhǔn)直鏡、反光鏡組成的光路調(diào)節(jié)模塊輸出。激光器的數(shù)量既可以為幾百臺(tái)，也可以為上千臺(tái)，甚至為上萬臺(tái)，只要在實(shí)際應(yīng)用中能夠?qū)嵤┘纯?。由此，避開了多個(gè)大功率單模光纖激光器激光光束難以耦合的問題，解除了超高功率激光系統(tǒng)發(fā)展的技術(shù)束縛。

在上述實(shí)施例中，光路調(diào)節(jié)模塊是該系統(tǒng)的光路元件，負(fù)責(zé)激光束的輸出并完成該系統(tǒng)激光束的空間合束與聚焦。光路調(diào)節(jié)模塊既作用于其相應(yīng)的激光器的激光束輸出，又與其它各光路調(diào)節(jié)模塊相互協(xié)同，共同完成激光光束的空間合束與聚焦。優(yōu)選地，多個(gè)光路調(diào)節(jié)模塊構(gòu)成階梯式的一體的光路面陣。光路面陣上的所有激光束的焦點(diǎn)能夠匯聚于同一點(diǎn)，可以指向同一目標(biāo)，還可以在任意空間聚焦。

在上述實(shí)施例中，數(shù)控系統(tǒng)可以由上位機(jī)控制，接收上位機(jī)發(fā)送來的指令，控制上述實(shí)施例實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)特別是移動(dòng)目標(biāo)的跟蹤照射。

在上述實(shí)施例中，通過光路面陣將多個(gè)光路調(diào)節(jié)模塊集合成一體，再通過數(shù)控系統(tǒng)控制旋轉(zhuǎn)臺(tái)、角度擺頭和光路面陣上的各個(gè)光路調(diào)節(jié)模塊進(jìn)行聯(lián)動(dòng)，激光束依次經(jīng)由擴(kuò)束鏡、準(zhǔn)直鏡和反光鏡輸出，完成各激光器發(fā)出的激光光束的空間合束與聚焦，從而將激光器發(fā)出的激光束以空間合束方式匯聚于一點(diǎn)再指向任意目標(biāo)；其中，由于將多個(gè)光路調(diào)節(jié)模塊構(gòu)成光路面陣，形成面陣式組合結(jié)構(gòu)，使得激光功率無上限，單脈沖能量超高，功率大小可以按需而定，額定功率的高低由面陣組合的大小決定；由此，可以在計(jì)算機(jī)指揮下集中所有激光器能量對(duì)任意目標(biāo)實(shí)施智能跟蹤照射，并且激光能量衰減極低，能夠使激光束遠(yuǎn)距離輸出。

在一些優(yōu)選的實(shí)施例中，將激光器發(fā)出的激光束以空間合束方式匯聚于一點(diǎn)可以通過以下方式來實(shí)現(xiàn)：

上述光路調(diào)節(jié)模塊包括電機(jī)；擴(kuò)束鏡固定，準(zhǔn)直鏡和反光鏡由數(shù)控系統(tǒng)控制并由電機(jī)驅(qū)動(dòng)，來實(shí)現(xiàn)激光束的空間的焦距調(diào)節(jié)和角度調(diào)節(jié)。

優(yōu)選地，上述光路調(diào)節(jié)模塊中的電機(jī)為壓電陶瓷電機(jī)。

在上述方式中，準(zhǔn)直鏡由數(shù)控系統(tǒng)控制并由電機(jī)驅(qū)動(dòng)做軸向移動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)激光束的空間的焦距調(diào)節(jié)。

在上述方式中，反光鏡至少為兩片，該兩片反光鏡由數(shù)控系統(tǒng)控制并在電機(jī)的驅(qū)動(dòng)下左右擺動(dòng)，兩片反光鏡的擺動(dòng)軸空間互相垂直，以控制激光束的橫向和縱向擺動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)激光束的空間的角度調(diào)節(jié)。

本發(fā)明實(shí)施例采取上述方式，通過調(diào)節(jié)各個(gè)光路調(diào)節(jié)模塊，可以驅(qū)使激光束對(duì)高速移動(dòng)目標(biāo)進(jìn)行高精度的跟蹤照射。

下面以優(yōu)選實(shí)施例的方式結(jié)合附圖對(duì)光路調(diào)節(jié)模塊的工作原理進(jìn)行詳細(xì)說明。其中，光路調(diào)節(jié)模塊受數(shù)控系統(tǒng)的控制并與角度擺頭和旋轉(zhuǎn)臺(tái)進(jìn)行聯(lián)動(dòng)。

圖1a-1c示例性地示出了光路調(diào)節(jié)模塊作用于光路的原理示意圖。

在圖1a-1c中，準(zhǔn)直鏡3與擴(kuò)束鏡2同軸，擴(kuò)束鏡2固定不動(dòng)，焦點(diǎn)4是擴(kuò)束鏡2的(虛)焦點(diǎn)，擴(kuò)束鏡2的焦距為f1；準(zhǔn)直鏡3由壓電陶瓷電機(jī)驅(qū)動(dòng)可以軸向移動(dòng)。當(dāng)準(zhǔn)直鏡3的焦點(diǎn)與擴(kuò)束鏡2的焦點(diǎn)4重合時(shí)，準(zhǔn)直鏡3到擴(kuò)束鏡2的焦點(diǎn)4的距離為準(zhǔn)直鏡3的焦距f2。

如圖1a所示，當(dāng)準(zhǔn)直鏡3到擴(kuò)束鏡2的焦點(diǎn)4的距離等于準(zhǔn)直鏡3的焦距f2時(shí)，準(zhǔn)直鏡3輸出的是平行光光束5。

如圖1b所示，當(dāng)準(zhǔn)直鏡3到擴(kuò)束鏡2的焦點(diǎn)4的距離f2+大于準(zhǔn)直鏡3的焦距f2時(shí)，準(zhǔn)直鏡3輸出的是合束光光束5。

如圖1c所示，當(dāng)準(zhǔn)直鏡3到擴(kuò)束鏡2的焦點(diǎn)4的距離f2-小于準(zhǔn)直鏡3的焦距f2時(shí)，準(zhǔn)直鏡3輸出的是發(fā)散光光束5。

在一些優(yōu)選的實(shí)施例中，擴(kuò)束鏡為凸透鏡或凹透鏡。

在一些優(yōu)選的實(shí)施例中，準(zhǔn)直鏡為凸透鏡。

下面以優(yōu)選實(shí)施例的方式，以擴(kuò)束鏡采用固定的凹透鏡、準(zhǔn)直鏡采用可動(dòng)的凸透鏡為例，結(jié)合附圖來詳細(xì)說明光路調(diào)節(jié)模塊作用于光路的工作原理。

圖2a-2c示例性地示出了另一光路調(diào)節(jié)模塊作用于光路的原理示意圖。

在圖2a-2c中，擴(kuò)束鏡2采用凹透鏡并固定不動(dòng)，焦點(diǎn)4是其虛焦點(diǎn)，焦距為f1；準(zhǔn)直鏡3采用凸透鏡并由壓電陶瓷電機(jī)驅(qū)動(dòng)，準(zhǔn)直鏡3與擴(kuò)束鏡2同軸，準(zhǔn)直鏡3的焦距為f2。

如圖2a所示，當(dāng)準(zhǔn)直鏡3的焦點(diǎn)與擴(kuò)束鏡2的焦點(diǎn)4重合時(shí)，平行光1通過擴(kuò)束鏡2后發(fā)散，到達(dá)準(zhǔn)直鏡3，此時(shí)通過準(zhǔn)直鏡3輸出的是平行光光束5。

如圖2b所示，當(dāng)準(zhǔn)直鏡3在壓電陶瓷電機(jī)的驅(qū)動(dòng)下遠(yuǎn)離擴(kuò)束鏡2時(shí)，準(zhǔn)直鏡3的焦點(diǎn)離開擴(kuò)束鏡2的焦點(diǎn)4，準(zhǔn)直鏡3到擴(kuò)束鏡2的焦點(diǎn)4的距離f2+大于準(zhǔn)直鏡3的焦距f2，此時(shí)平行光1通過擴(kuò)束鏡2后發(fā)散，再通過準(zhǔn)直鏡3時(shí)輸出的是合束光光束5，此時(shí)合束光光束5收束，焦點(diǎn)是C，焦距為fc1。

如圖2c所示，在圖2b所示情況的基礎(chǔ)上，當(dāng)準(zhǔn)直鏡3在壓電陶瓷電機(jī)驅(qū)動(dòng)下繼續(xù)遠(yuǎn)離擴(kuò)束鏡2時(shí)，準(zhǔn)直鏡3到擴(kuò)束鏡2的焦點(diǎn)4的距離f2++大于f2+，此時(shí)通過準(zhǔn)直鏡3輸出的合束光光束5再次收束，合束光光束5的焦點(diǎn)C漸近準(zhǔn)直鏡3，合束光光束5的焦距fc2變短，即：fc2小于fc1。

由此可見，準(zhǔn)直鏡3的軸向移動(dòng)將直接調(diào)節(jié)合束光光束5的焦距長短。

下面以優(yōu)選實(shí)施例的方式，以擴(kuò)束鏡采用固定的凸透鏡、準(zhǔn)直鏡采用可動(dòng)的凸透鏡為例，結(jié)合附圖來詳細(xì)說明光路調(diào)節(jié)模塊作用于光路的工作原理。

如圖3a-3c所示，擴(kuò)束鏡2采用凸透鏡且固定不動(dòng)，焦點(diǎn)4為其實(shí)焦點(diǎn)，焦距為f1；準(zhǔn)直鏡3采用凸透鏡并由壓電陶瓷電機(jī)驅(qū)動(dòng)，準(zhǔn)直鏡3與擴(kuò)束鏡2同軸，準(zhǔn)直鏡3的焦距為f2。

如圖3a所示，當(dāng)準(zhǔn)直鏡3的焦點(diǎn)與擴(kuò)束鏡2的焦點(diǎn)4重合時(shí)，平行光1通過擴(kuò)束鏡2合束到焦點(diǎn)4后，再發(fā)散到達(dá)準(zhǔn)直鏡3，此時(shí)通過準(zhǔn)直鏡3輸出的是平行光光束5。

如圖3b所示，當(dāng)準(zhǔn)直鏡3在壓電陶瓷電機(jī)驅(qū)動(dòng)下遠(yuǎn)離擴(kuò)束鏡2時(shí)，準(zhǔn)直鏡3的焦點(diǎn)離開擴(kuò)束鏡2的焦點(diǎn)4，準(zhǔn)直鏡3到擴(kuò)束鏡2的焦點(diǎn)4的距離f2+大于準(zhǔn)直鏡3的焦距f2，此時(shí)，平行光1通過擴(kuò)束鏡2達(dá)到準(zhǔn)直鏡3時(shí)輸出的是合束光光束5，此時(shí)合束光光束5收束，焦點(diǎn)是C，焦距為fc1。

如圖3c所示，在圖3b所示情況的基礎(chǔ)上，當(dāng)準(zhǔn)直鏡3在壓電陶瓷電機(jī)驅(qū)動(dòng)下繼續(xù)遠(yuǎn)離擴(kuò)束鏡2時(shí)，準(zhǔn)直鏡3到擴(kuò)束鏡2的焦點(diǎn)4的距離f2++大于f2+，此時(shí)通過準(zhǔn)直鏡3輸出的合束光光束5再次收束，合束光光束5的焦點(diǎn)C漸近準(zhǔn)直鏡3，合束光光束5的焦距fc2變短，即：fc2小于fc1。

由此可見，準(zhǔn)直鏡3的軸向移動(dòng)將直接調(diào)節(jié)合束光光束5的焦距長短。

需要說明的是，如圖3a-3c所示，擴(kuò)束鏡2的焦點(diǎn)4在擴(kuò)束鏡2與準(zhǔn)直鏡3的兩透鏡之間，而且是實(shí)焦點(diǎn)。當(dāng)激光功率太高時(shí)，在擴(kuò)束鏡2的焦點(diǎn)4處易形成空氣電離，有害于透鏡，影響設(shè)備的性能，一般只在激光功率不太高時(shí)采用凸透鏡作為擴(kuò)束鏡2。

下面以優(yōu)選實(shí)施例的方式，以擴(kuò)束鏡為固定的凹透鏡、準(zhǔn)直鏡為可動(dòng)的凸透鏡時(shí)與反光鏡配合作用激光束為例，并結(jié)合附圖4來詳細(xì)說明光路調(diào)節(jié)模塊作用于光路的工作原理。

如圖4所示，擴(kuò)束鏡2采用凹透鏡且固定不動(dòng)，焦點(diǎn)4是其虛焦點(diǎn)，焦距為f1；準(zhǔn)直鏡3采用凸透鏡并由壓電陶瓷電機(jī)驅(qū)動(dòng)，準(zhǔn)直鏡3與擴(kuò)束鏡2同軸。

當(dāng)準(zhǔn)直鏡3在壓電陶瓷電機(jī)驅(qū)動(dòng)下遠(yuǎn)離擴(kuò)束鏡2時(shí)，準(zhǔn)直鏡3到擴(kuò)束鏡2焦點(diǎn)4的距離f2+大于準(zhǔn)直鏡3的焦距f2，此時(shí)，平行光1通過擴(kuò)束鏡2后發(fā)散到達(dá)準(zhǔn)直鏡3時(shí)輸出的是合束光光束5。

準(zhǔn)直鏡3輸出的合束光光束5在聚焦到焦點(diǎn)A前被反光鏡6反射到另一方向，而聚焦到焦點(diǎn)B上；同樣，在合束光光束聚焦到焦點(diǎn)B前，再次被反光鏡7反射到另一方向，而形成合束光8再聚焦到焦點(diǎn)9。

在反光鏡6和反光鏡7不動(dòng)情況下，焦點(diǎn)9將隨準(zhǔn)直鏡3的運(yùn)動(dòng)而在一直線上變位。

反光鏡6和反光鏡7受數(shù)控系統(tǒng)控制由壓電陶瓷電機(jī)驅(qū)動(dòng)并旋轉(zhuǎn)，分別驅(qū)動(dòng)反光鏡6和反光鏡7的壓電陶瓷電機(jī)在軸向上空間相互垂直，經(jīng)由兩個(gè)壓電陶瓷電機(jī)的聯(lián)動(dòng)，通過反光鏡6和反光鏡7的變化，將使合束光8的焦點(diǎn)9在一球面上不斷變位；當(dāng)準(zhǔn)直鏡3也同時(shí)聯(lián)動(dòng)時(shí)，則焦點(diǎn)9將在一立體的部分球型區(qū)域內(nèi)隨動(dòng)變位。

上述壓電陶瓷電機(jī)優(yōu)選為壓電陶瓷旋轉(zhuǎn)電機(jī)。

下面以優(yōu)選實(shí)施例的方式，以擴(kuò)束鏡為固定的凸透鏡、準(zhǔn)直鏡為可動(dòng)的凸透鏡時(shí)與反光鏡配合作用激光束為例，并結(jié)合附圖5來詳細(xì)說明光路調(diào)節(jié)模塊作用于光路的工作原理。

如圖5所示，擴(kuò)束鏡2采用凸透鏡且固定不動(dòng)，本實(shí)施例區(qū)別于圖4所示實(shí)施例中的擴(kuò)束鏡2，兩者一凸一凹，其它內(nèi)容都相同，本實(shí)施例通過準(zhǔn)直鏡3輸出的光路變化原理與圖4所示實(shí)施例完全相同。

在一些優(yōu)選的實(shí)施例中，上述系統(tǒng)包括做單軸直線運(yùn)動(dòng)的第一壓電陶瓷電機(jī)及做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的第一旋轉(zhuǎn)壓電陶瓷電機(jī)和第二旋轉(zhuǎn)壓電陶瓷電機(jī)；反光鏡至少包括第一反光鏡和第二反光鏡；第一壓電陶瓷電機(jī)的軸線與準(zhǔn)直鏡的軸線相互平行，第一旋轉(zhuǎn)壓電陶瓷電機(jī)的軸線與準(zhǔn)直鏡的軸線在平面內(nèi)垂直，第二旋轉(zhuǎn)壓電陶瓷電機(jī)的軸線和第一旋轉(zhuǎn)壓電陶瓷電機(jī)的軸線在空間相互垂直；其中由數(shù)控系統(tǒng)控制第一壓電陶瓷電機(jī)驅(qū)動(dòng)準(zhǔn)直鏡做單軸直線運(yùn)動(dòng)，以及控制第一旋轉(zhuǎn)壓電陶瓷電機(jī)驅(qū)動(dòng)第一反光鏡擺動(dòng)，并控制第二旋轉(zhuǎn)壓電陶瓷電機(jī)驅(qū)動(dòng)第二反光鏡擺動(dòng)。

下面以優(yōu)選實(shí)施例的方式，結(jié)合附圖6來詳細(xì)說明光路調(diào)節(jié)模塊中的準(zhǔn)直鏡、反光鏡在壓電陶瓷電機(jī)的驅(qū)動(dòng)下配合作用的三維光路的工作原理。

其中，壓電陶瓷電機(jī)10可以進(jìn)行單軸直線運(yùn)動(dòng)。旋轉(zhuǎn)壓電陶瓷電機(jī)11和旋轉(zhuǎn)壓電陶瓷電機(jī)12可以進(jìn)行旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。

如圖6所示，數(shù)控系統(tǒng)控制壓電陶瓷電機(jī)10驅(qū)動(dòng)準(zhǔn)直鏡3進(jìn)行單軸直線運(yùn)動(dòng)，并控制旋轉(zhuǎn)壓電陶瓷電機(jī)11驅(qū)動(dòng)反光鏡6擺動(dòng)，還控制旋轉(zhuǎn)壓電陶瓷電機(jī)12驅(qū)動(dòng)反光鏡7擺動(dòng)；壓電陶瓷電機(jī)10的軸線與準(zhǔn)直鏡3的軸線相互平行，旋轉(zhuǎn)壓電陶瓷電機(jī)11的軸線與準(zhǔn)直鏡3的軸線在平面內(nèi)垂直，旋轉(zhuǎn)壓電陶瓷電機(jī)12的電機(jī)軸線和旋轉(zhuǎn)壓電陶瓷電機(jī)11的電機(jī)軸線在空間上相互垂直。

在上述優(yōu)選實(shí)施例中，平行光1通過擴(kuò)束鏡2發(fā)散到準(zhǔn)直鏡3，準(zhǔn)直鏡3在單軸直線運(yùn)動(dòng)的壓電陶瓷電機(jī)10的驅(qū)動(dòng)下，遠(yuǎn)離擴(kuò)束鏡2，此時(shí)從準(zhǔn)直鏡3輸出的光束是合束光束5，合束光束5達(dá)到反光鏡6，再經(jīng)反光鏡6的反射達(dá)到反光鏡7，又經(jīng)反光鏡7反射而形成合束光8再聚焦到焦點(diǎn)9。當(dāng)壓電陶瓷電機(jī)10驅(qū)動(dòng)準(zhǔn)直鏡3移動(dòng)，旋轉(zhuǎn)壓電陶瓷電機(jī)11和旋轉(zhuǎn)壓電陶瓷電機(jī)12靜止反光鏡6、7不動(dòng)時(shí)，焦點(diǎn)9作直線移動(dòng)；當(dāng)壓電陶瓷電機(jī)10靜止準(zhǔn)直鏡3不動(dòng)，旋轉(zhuǎn)壓電陶瓷電機(jī)12靜止反光鏡7不動(dòng)，旋轉(zhuǎn)壓電陶瓷電機(jī)11驅(qū)動(dòng)反光鏡6轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，焦點(diǎn)9在圓弧上變動(dòng)；當(dāng)壓電陶瓷電機(jī)10靜止準(zhǔn)直鏡3不動(dòng)，旋轉(zhuǎn)壓電陶瓷電機(jī)11靜止反光鏡6不動(dòng)，旋轉(zhuǎn)壓電陶瓷電機(jī)12驅(qū)動(dòng)反光鏡7轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，焦點(diǎn)9在圓弧上變動(dòng)；當(dāng)壓電陶瓷電機(jī)10靜止準(zhǔn)直鏡3不動(dòng)，旋轉(zhuǎn)壓電陶瓷電機(jī)11和旋轉(zhuǎn)壓電陶瓷電機(jī)12驅(qū)動(dòng)反光鏡6、7轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，焦點(diǎn)9在球面上變動(dòng)；當(dāng)壓電陶瓷電機(jī)10驅(qū)動(dòng)準(zhǔn)直鏡3移動(dòng)，旋轉(zhuǎn)壓電陶瓷電機(jī)11驅(qū)動(dòng)反光鏡6轉(zhuǎn)動(dòng)，旋轉(zhuǎn)壓電陶瓷電機(jī)12驅(qū)動(dòng)反光鏡7轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，焦點(diǎn)9在部分球體區(qū)域內(nèi)變動(dòng)。

在一些優(yōu)選的實(shí)施例中，角度擺頭可以包括擺頭架、油浮軸承、光柵尺和第一電機(jī)；旋轉(zhuǎn)臺(tái)可以包括底座、平臺(tái)、油浮軸承、光柵尺和第二電機(jī)；角度擺頭和旋轉(zhuǎn)臺(tái)由數(shù)控系統(tǒng)控制并分別由第一和第二電機(jī)驅(qū)動(dòng)做擺動(dòng)運(yùn)動(dòng)、旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。

優(yōu)選地，角度擺頭和旋轉(zhuǎn)臺(tái)中的第一電機(jī)和第二電機(jī)為力矩電機(jī)。

下面以優(yōu)選實(shí)施例的方式，結(jié)合圖7詳細(xì)說明旋轉(zhuǎn)臺(tái)與角度擺頭裝配結(jié)構(gòu)。

圖7示例性地示出了旋轉(zhuǎn)臺(tái)與角度擺頭裝配后的剖視示意圖。

如圖7所示，以旋轉(zhuǎn)臺(tái)底座13為基礎(chǔ)，將制動(dòng)器22、液壓油分配器23安裝到位，將力矩電機(jī)內(nèi)定子15、油浮軸承下套17、外套18分別安裝到旋轉(zhuǎn)臺(tái)底座13上，將力矩電機(jī)外轉(zhuǎn)子16安裝到主動(dòng)軸20的內(nèi)套后，再將二者安裝到油浮軸承下套17的上面、油浮軸承外套18的內(nèi)部，接著將油浮軸承上套19安裝到位；將編碼器21安裝到旋轉(zhuǎn)臺(tái)臺(tái)面14的如圖7所示部位，再將二者安裝到主動(dòng)軸20上，接著在旋轉(zhuǎn)臺(tái)面14的芯孔處將其與制動(dòng)器22連接。

如圖7所示，將兩個(gè)油浮軸承27和角度擺頭光軸26按次序安裝到軸承外套28上，然后將力矩電機(jī)內(nèi)定子29的固定套31分別安裝到角度擺頭光軸26上，接著將力矩電機(jī)內(nèi)定子29安裝到固定套31上，再將力矩電機(jī)外轉(zhuǎn)子30安裝到軸承外套28上，組成角度擺頭的擺動(dòng)裝置。

如圖7所示，再以旋轉(zhuǎn)臺(tái)為基礎(chǔ)，將角度擺頭底座24安裝到旋轉(zhuǎn)臺(tái)臺(tái)面14上，接著將角度擺頭的擺動(dòng)裝置中的角度擺頭光軸26固定到擺頭底座24的安裝孔內(nèi)，用壓蓋25固定壓緊。

圖8示例性地示出了旋轉(zhuǎn)臺(tái)與角度擺頭裝配后的三維示意圖。

如圖8所示，旋轉(zhuǎn)臺(tái)36在力矩電機(jī)的驅(qū)動(dòng)下，將會(huì)驅(qū)動(dòng)角度擺頭37做360度旋轉(zhuǎn)，角度擺頭37的擺動(dòng)裝置將在力矩電機(jī)的驅(qū)動(dòng)下做正負(fù)100度擺動(dòng)。

上述超大功率的激光空間合束系統(tǒng)可以通過調(diào)節(jié)角度擺頭和旋轉(zhuǎn)臺(tái)，來驅(qū)使激光束對(duì)任意移動(dòng)目標(biāo)進(jìn)行跟蹤照射，提高了該激光系統(tǒng)的能動(dòng)性與精準(zhǔn)性。

下面以優(yōu)選實(shí)施例的方式，結(jié)合圖9a-9b詳細(xì)說明超大功率的激光空間合束系統(tǒng)中光路面陣空間合束聚焦的工作原理。

圖9a示例性地示出了光路面陣空間合束聚焦示意圖。圖9b示例性地示出了由多個(gè)光路調(diào)節(jié)模塊構(gòu)成的階梯面陣示意圖。如圖9a所示，以光路面陣基體32為基礎(chǔ)，將各光路調(diào)節(jié)模塊33安裝到位，組成光路面陣；在超大功率的激光空間合束系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，各光路調(diào)節(jié)模塊33輸出激光光束34并將激光光束34聚焦到焦點(diǎn)35，從而集合到更強(qiáng)的激光能量?？梢?，本發(fā)明實(shí)施例不是各單模光纖激光器輸出激光光束的光纖耦合。

下面以優(yōu)選實(shí)施例的方式，結(jié)合圖10詳細(xì)說明超大功率的激光空間合束系統(tǒng)輸出的面陣式激光光束時(shí)的空間合束聚焦原理。

如圖10所示，將以光路面陣基體32和光路調(diào)節(jié)模塊33集成的光路面陣安裝到角度擺頭37上，這樣可以組合成超大功率的激光空間合束系統(tǒng)的面陣式激光光束輸出系統(tǒng)。當(dāng)面陣式激光光束輸出系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，各單模光纖激光器輸出的激光光束通過光路面陣上的光路調(diào)節(jié)模塊33輸出，再由數(shù)控系統(tǒng)控制旋轉(zhuǎn)臺(tái)36、角度擺頭37、光路調(diào)節(jié)模塊33相互聯(lián)動(dòng)，形成合束激光光束34，且聚焦到焦點(diǎn)35。

在實(shí)際應(yīng)用中，當(dāng)要使焦點(diǎn)35欲鎖定或攔截某一移動(dòng)目標(biāo)時(shí)，通過數(shù)控系統(tǒng)控制旋轉(zhuǎn)臺(tái)36、角度擺頭37和各光路調(diào)節(jié)模塊33共同協(xié)作聯(lián)動(dòng)來鎖定或攔截目標(biāo)。可見，本發(fā)明實(shí)施例可以應(yīng)用到國防領(lǐng)域，可以為諸如導(dǎo)彈、火箭彈、無人機(jī)、軍用飛機(jī)攔截等領(lǐng)域提供技術(shù)支持。

圖11示例性地示出了超大功率的激光空間合束系統(tǒng)的組配示意圖。

如圖11所示，其中包括臺(tái)車39、單模光纖激光器組38、旋轉(zhuǎn)臺(tái)36、角度擺頭37及組成光路面陣的面陣體32和光路調(diào)節(jié)模塊33。由計(jì)算機(jī)通過數(shù)控系統(tǒng)控制臺(tái)車39、單模光纖激光器組38、旋轉(zhuǎn)臺(tái)36、角度擺頭37及光路面陣基體32和光路調(diào)節(jié)模塊33聯(lián)動(dòng)共同完成超大功率的激光空間合束系統(tǒng)的運(yùn)行。

在實(shí)際應(yīng)用中，可以將多個(gè)上述超大功率的激光空間合束系統(tǒng)以無陣序不同點(diǎn)位的方式進(jìn)行布置，并接收上位機(jī)發(fā)送的同一控制信號(hào)，同時(shí)鎖定任意的同一目標(biāo)點(diǎn)位，從而集合到更強(qiáng)的激光能量。

圖12示例性地示出了多個(gè)超大功率的激光空間合束系統(tǒng)聯(lián)合鎖定同一目標(biāo)點(diǎn)位的示意圖。

其中，無陣序的不同點(diǎn)位的多個(gè)超大功率的激光空間合束系統(tǒng)在上位機(jī)同時(shí)給予的同一信號(hào)下，能夠同時(shí)鎖定任意的同一目標(biāo)點(diǎn)位，這樣會(huì)集合到更強(qiáng)的激光能量，以實(shí)施對(duì)目標(biāo)照射。該實(shí)施例可以同不在同一地點(diǎn)的其它眾多超大功率的激光空間合束系統(tǒng)在計(jì)算機(jī)的控制下，相互配合跟蹤照射同一目標(biāo)，在同一目標(biāo)點(diǎn)位形成更加強(qiáng)大的激光能量。當(dāng)應(yīng)用到國防領(lǐng)域時(shí)，例如可以應(yīng)用于激光炮，這種激光能量能夠擊毀導(dǎo)彈、飛機(jī)、無人機(jī)、火箭彈以及地面裝甲車、坦克等。

圖13示例性地示出了利用本發(fā)明實(shí)施例提供的超大功率的激光空間合束系統(tǒng)來構(gòu)成超高功率空間合束激光系統(tǒng)的應(yīng)用結(jié)構(gòu)示意圖。該超高功率空間合束激光系統(tǒng)包括計(jì)算機(jī)和本發(fā)明實(shí)施例提供的超大功率的激光空間合束系統(tǒng)。其中，數(shù)控系統(tǒng)可以控制冷卻系統(tǒng)、旋轉(zhuǎn)平臺(tái)力矩電機(jī)驅(qū)動(dòng)器、若干個(gè)擺頭力矩電機(jī)驅(qū)動(dòng)器和若干個(gè)控制卡；旋轉(zhuǎn)平臺(tái)力矩電機(jī)驅(qū)動(dòng)器可以驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn)平臺(tái)力矩電機(jī)；擺頭力矩電機(jī)驅(qū)動(dòng)器可以驅(qū)動(dòng)擺頭力矩電機(jī)；控制卡可以控制激光電源和壓電陶瓷電機(jī)驅(qū)動(dòng)器，激光電源可以為單模光纖激光器供電；壓電陶瓷電機(jī)驅(qū)動(dòng)器可以驅(qū)動(dòng)準(zhǔn)直鏡直線壓電陶瓷電機(jī)和反光鏡旋轉(zhuǎn)壓電陶瓷電機(jī)。

圖14示例性地示出了利用本發(fā)明實(shí)施例提供的多個(gè)超大功率的激光空間合束系統(tǒng)來構(gòu)成集團(tuán)中央計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。其中包括多個(gè)圖13所示超高功率空間合束激光系統(tǒng)。

需要說明的是，圖12-圖14中所示部件或系統(tǒng)或結(jié)構(gòu)件的數(shù)量可以根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行選取，本發(fā)明對(duì)此不做限定。

以上對(duì)本發(fā)明的示例實(shí)施例的詳細(xì)描述是為了說明和描述的目的而提供。不是為了窮盡或?qū)⒈景l(fā)明限制為所描述的精確形式。顯然，許多變型和改變對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員而言是顯而易見的。實(shí)施例的選擇和描述是為了最佳地說明本發(fā)明的原理及其實(shí)際應(yīng)用，從而使本領(lǐng)域其他技術(shù)人員能夠理解本發(fā)明的各種實(shí)施例和適于特定使用預(yù)期的各種變型。本發(fā)明的實(shí)施例可以省略上述技術(shù)特征中的一些技術(shù)特征，僅解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的部分技術(shù)問題。而且，所描述的技術(shù)特征可以進(jìn)行任意組合。本發(fā)明的范圍由所附權(quán)利要求及其等價(jià)物來限定，本領(lǐng)域技術(shù)其他人員可以對(duì)所附權(quán)利要求中所描述的技術(shù)方案進(jìn)行各種變型或替換和組合，這些更改或替換之后的技術(shù)方案都將落入本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。