利用雷射脈衝實現光連接的方法及裝置的製作方法

2023-12-06 12:29:06 1

專利名稱：利用雷射脈衝實現光連接的方法及裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種利用光脈衝實現所述光脈衝發射機與該光脈衝接收機之間光連接的方法及裝置，特別適合於在飛彈定位及制導裝置中的應用，比如在文獻US-4710028(FR-2583523)中所描述的那樣。
在這種類型的一些公知裝置中，所述光脈衝發射機可安裝在所述飛彈上或者安裝在固定設備上，光學連接那時包括一個安裝在飛彈上的反射鏡並且可使所述光脈衝發射到所述探測器，該所述光脈衝發射機通常是一個體積龐大並且消耗大量能量的閃光燈。
因此，人們已經想到了用雷射源代替所述的閃光燈。然而在那種情況下，發射的雷射能量應該很大以便保證較大有效範圍的光連接，抗可能出現的幹擾。由此不僅造成了對於所述裝置的操作者眼睛有嚴重危害，而且還要有一些大功率雷射源。
本發明的目的是克服這些缺點，同時還可以在眼部危害較小並且在低能耗的情況下實現雷射光連接。
為此，根據本發明，該方法是實現在雷射脈衝發射機與雷射脈衝接收機之間利用雷射脈衝的光連接，所述光連接是被定位裝置所利用的以便對遠離所述定位裝置的運動體定位，該方法值得注意的是所述雷射脈衝發射的開始相對於運動體的出發有所延遲並且還要注意的是，使所述相繼連續雷射脈衝能量隨著開始發射所述雷射脈衝後的時間而不斷增大。
因此，避免了運動體出發之前及出發當中對眼睛的任何危險，因為在所述運動體出發之前沒有發射任何雷射能量並且雷射脈衝的發射相對於運動體的出發是延遲的，一直到真正需要對運動體定位的時候。然後，發射機發射較低的漸近能量，它隨著發射機-接收機的距離而逐漸增大，運動體最大射程(有效範圍)所必需的能量只發射到最後的射程處，也就是說只發射到運算裝置起作用的地方。
要指出的是，專利文獻US-4013244描述了一種可把飛彈引導到靶目標的光束控制裝置，在該裝置中，由於上面聯想到的對眼部危害的各種不同的技術原因，所述制導光束的能量在所述飛彈的飛行過程中是按照所要求的規律而伺服增加的。
在本發明中正好相反，所述發射機的功率提高是預先確定好隨時間而變化的，以致於不需要任何伺服裝置。此外，藉助於本發明，這種功率提高可以相當慢，這就使得光連接在實際應用中對電磁幹擾不敏感。
雷射源可以是雷射二極體。然而，為了降低由發射機所發射的能量並因此而完全可以實現保護眼睛不受傷害，有利的是該發射機帶有VCSEL雷射器(Vertical Cavity Surface Emitting Laser)。實際上，這種砷化鎵基質半導體雷射器發射一種低發散度(+或-7°)的光束，這可以接近於沿著正好是運動體定位必需的錐形方向所發射的能量。由發射機所照射的可能會對人眼有傷害的立體範圍就因此而大大減少了。此外，VCSEL雷射器在接收能量與輸出能量之間的轉換率特別好，以致於可以降低電能的消耗。
另外，為了使接收機接收的雷射脈衝接收電平固定不變，必需是使發射機所發射的能量按照發射機-接收機距離的平方而變化。
因此，在運動體以等速移動的情況下，使所述相繼連續雷射脈衝的能量按照所述脈衝開始發射後的時間平方而變化。
為此，可使用一個電容器，其連續放電可激勵所述發射機，以便產生上述的相繼連續雷射脈衝並且其連續充電是由連續的矩形充電脈衝控制的，其充電時間的長短是隨著時間的推移而成線性增加的。
這樣，電容器向所述發射機的雷射二極體或VCSEL雷射器輸送的能量等於1/2CV2(C是以法拉表示的電容器容量，而V是以伏特表示的所述電容器的放電電壓)，也就是直接與時間平方成正比。
由於本發明，因而可達到-減少了發射能和消耗能。實際上，藉助於雷射二極體，可直接向接收機發射能量並且將其約束在所要求的錐形範圍內，可以節省這種能量，這是相對於利用閃光燈按4兀球面度所發射的並且利用反射鏡及複合透鏡較好地引向接收機的光能量來說的。所發射的窄譜帶(幾個nm)可以完全包含在接收機的高靈敏譜帶內，與閃光燈發射的寬譜帶(＞1000nm)正相反，在該寬譜帶內大部分能量都在接收機方面被損失掉了。以相同的接收信號電平來說，由相干光源所發射的能量因而遠遠地低於寬譜燈所發射的能量。雷射二極體或VCSEL雷射器此外還具有很好的發射能量/消耗能量的轉換比並且不需要高壓也不需要很高的擊穿電壓。因而大大減少了所消耗的電能；-減少了質量及體積。雷射二極體或VCSEL雷射器比閃光燈的體積更小，需要更簡單的供電電路(不是高壓轉換器及甚高壓)並且消耗較少的能量，人們可以實現一種比採用閃光燈的體積更小並且不太重的發射機；-降低了接收機的眩目度。因為發射的能量開始時較少，接收機所用的傳感器沒有引起炫目並且接收機方面的信號電平在運動體遠距的過程中是比效有規律的；-降低了電磁發射率。採用雷射二極體或VCSEL雷射器所利用的電壓及起作用的能量比閃光燈的更低，雷射器的電磁發射率比閃光發射機的電磁發射率低很多；-改進了光譜選擇性。光源的發射波長很窄，可以縮減接收機的譜帶並因此而改善了背景信號比。
幾個附圖可使人們更好地理解本發明是如何實施的。在這些附圖上，相同的參考標註表示相似的元部件。


圖1概括地說明了飛彈的定位。
圖2是安裝在所述飛彈上的雷射脈衝發射機的方塊示意圖。
圖3A、3B及3C是說明圖2發射機工作運行情況的時態曲線圖。
在圖1上，表示出了能夠相對於參考軸X-X(例如瞄準軸)對飛彈2定位的裝置1，所述飛彈2以等速的速度遠離定位裝置1。該定位裝置比如是文獻US-4710028(FR-2583523)中所描述的那種類型。
為了通過裝置1對飛彈定位，飛彈2帶有一種雷射二極體型或VCSEL雷射器型的雷射源3，它能夠朝所述裝置1方向發射雷射脈衝4。
安裝在飛彈1上並指定用於控制雷射源3的裝置5包括一個並聯安在所述雷射源3上的電容器6，它適宜於利用受控開關8由電壓電源7充電。同樣，帶有負載電阻9的雷射源3電路是利用受控開關10閉合的。
此外裝置5還包括同步周期脈衝12的發生器11(見圖3A)，它能夠藉助於控制裝置13控制受控開關10關閉。另一方面，同步脈衝發生器11控制可變寬度脈衝15的發生器14(參見圖3B)，其本身又利用控制系統16控制可控開關8。發生器14是這樣的，即，它響應接收同步脈衝12而發射脈衝並且脈衝15的寬度隨著時間t線性增加。
飛彈2發射之前，雷射源3沒有發射任何雷射脈衝4。因而不存在任何對眼的傷害，甚至在最接近飛彈2的環境內也是如此。
當飛彈2發射時，控制指令通過控制線路17傳遞到同步脈衝發生器11，在該控制線路上接入一個限時器18。因此可以使雷射源3的發射延時，一直到雷射脈衝4確實需要利用裝置1對飛彈2定位的時候。
當限時器18實現的延時過後，發生器11產生第一個同步脈衝12.1它-藉助控制裝置13短瞬間關閉開關10，以致於可能在電容器6中的充電能夠，利用負載電阻9，通過雷射源3放電，緊接著所述開關10立即重新打開；-控制發生器14，它產生第一個時寬為11的矩形波脈衝，可以在11時間內關閉開關8，以致於電容器6在所述時間內利用電壓源7充電(參見圖3C上的C1)。在11時間終止時，電容器6充電到V1電壓程度，它一直保持到下一個同步脈衝12.2的出現。
當發生器11發射下一個同步脈衝12.2時，如前面所述，開關10即刻短瞬間閉合，使得電容器6的V1電壓充電可通過雷射光源3放電(參見圖3C上的d1線段)，該光源發射雷射脈衝4，而發生器14則產生第二個其寬度為12的矩形波脈衝15.2，該寬度12＝11+δt(δt是時間常數，矩形波脈衝寬度與時間成線性變化)。其結果是，寬度12也相對於寬度11隨著時間t線性地增加。因此，開關10重新打開，電容器6在時間間隔12內充電(參見圖3C上的線段C2)一直到電壓V2＝KV1。該電壓V2保持到第三個同步脈衝12.3的出現。
那時就發生與上一章節中相同的現象，電容器6的電壓V2充電可通過光源3放電(線段d2)發射出雷射脈衝4，緊接著該電容器在第三個矩形波脈衝15.3內充電至V3＝KV2，該矩形波脈衝的時間寬度13等於12+δt…因此，相繼連續的光脈衝4是由於電壓V1、V2、V3，…的放電(d1，d2，…)而產生的，這些電壓隨著時間t線性增加，以致於其能量隨著時間的平方而增加。
權利要求
1.一種利用雷射脈衝(4)在所述脈衝發射機(3)與該脈衝接收機(1)之間實現光連接的方法，所述光連接可通過一種定位裝置被用來對遠離所述定位裝置的運動體(2)進行定位，其特徵在於所述雷射脈衝(4)的開始發射相對於所述運動體(2)的出發是延時的並且其特徵還在於可使所述相繼連續的雷射脈衝(4)的能量隨著開始發射所述雷射脈衝以後的時間(t)而增加。
2.根據權利要求1所述的方法，其中所述運動體(2)是以等速移動的，其特徵在於可使所述相繼連續的雷射脈衝(4)的能量隨著開始發射所述脈衝後的時間(t)的平方而變化。
3.一種可利用雷射脈衝(4)在所述脈衝發射機(3)與該脈衝接收機(1)之間實現光連接的裝置，所述光連接可通過一種定位裝置被用來對遠離所述定位裝置的運動體(2)進行定位，其特徵在於，它包括使所述雷射脈衝(4)的開始發射相對於所述運動體(2)的出發而進行延遲的延時器(18)以及可使所述相繼連續的脈衝(4)的能量隨著開始發射所述雷射脈衝(4)以後的時間而增加的設備(5)。
4.根據權利要求3所述的裝置，其特徵在於，所述發射機(3)包括至少一個雷射二極體。
5.根據權利要求3所述的裝置，其特徵在於，所述發射機(3)包括至少一個VCSEL雷射器。
6.根據權利要求3至5中任一項所述的裝置，其中所述運動體(2)以等速移動，其特徵在於所述設備(5)可使所述相繼連續的雷射脈衝(4)的能量隨著所述脈衝開始發射後的時間平方而變化。
7.根據權利要求6所述的裝置，其特徵在於，它包括一個電容器(6)其相繼連續的放電(d1、d2、d3...)向所述發射機(3)供電以便產生所述相繼連續的雷射脈衝(4)並且其相繼連續的充電(C1、C2、C3，...)受相繼連續的充電矩形波脈衝(15.1、15.2、15.3，...)控制，該矩形波脈衝的時間寬度(11、12、13，...)隨著時間(t)線性地增加。
全文摘要
利用雷射脈衝實現光連接以便對運動體進行定位的方法及裝置。根據本發明，可使所述相繼連續的雷射脈衝(4)的能量隨著開始沿著至少是接近所述接收機方向發射所述雷射脈衝後的時間(t)不斷增加。所述雷射脈衝的開始發射是相對於運動體的出發延時的。
文檔編號H04B10/00GK1692583SQ200380100522
公開日2005年11月2日 申請日期2003年12月9日 優先權日2002年12月10日
發明者B·特內澤, F·貝爾諾斯 申請人:Mbda法國公司