用於光纖傳導的雷射驅動飛片試驗裝置製造方法
2023-05-01 05:03:36 2
用於光纖傳導的雷射驅動飛片試驗裝置製造方法
【專利摘要】本發明公開了一種用於光纖傳導的雷射驅動飛片試驗裝置，包括雷射器、擴束鏡、聚焦鏡、多模光纖、真空靶室、準直聚焦鏡、飛片靶，其中，雷射器、擴束鏡、聚焦鏡和多模光纖依次同中心軸線設置，雷射器發射出雷射，雷射經擴束鏡擴束後入射到聚焦鏡上，雷射再經聚焦鏡會聚後入射多模光纖，多模光纖通過密封法蘭穿設固定在真空靶室的側壁上，多模光纖與真空靶室內的飛片靶之間依次平行設置位於同一中心軸線上的兩個準直聚焦鏡，入射多模光纖的雷射出射後，依次入射兩個準直聚焦鏡，再次優化光斑質量，兩個準直聚焦鏡將高斯型輸入雷射光束轉變成平頂型雷射光斑，從而實現用光纖傳導雷射的方式驅動飛片。
【專利說明】用於光纖傳導的雷射驅動飛片試驗裝置
【技術領域】
[0001]本發明屬於太空飛行器空間碎片防護【技術領域】，具體涉及一種雷射驅動飛片的試驗裝置。
【背景技術】
[0002]微小空間碎片因其數量眾多而成為威脅太空飛行器外露材料性能的重要因素。因此，在地面開展針對太空飛行器外露材料的微小空間碎片撞擊試驗非常必要。雷射驅動飛片技術是用脈衝高功率雷射輻照固體膜層(飛片靶)，燒蝕一部分膜層，並產生高溫高壓等離子體，利用等離子體的高壓驅動剩餘的膜層以高速飛行。該技術裝置簡單且成本低，在工程上有很大的優勢。然而用於驅動飛片的固體脈衝雷射器光束為高斯光束或準高斯光束，光斑能量分布不均勻，不利於發射出完整的高質量飛片，影響微小碎片的地面模擬效果；另外，原有雷射驅動飛片試驗系統光路方向不能改變，佔用試驗區面積大，難以與其它空間環境因素進行協同試驗。
[0003]現有的光纖傳輸雷射驅動飛片方法中，光纖均不能進入真空罐，不能模擬真空環境下光纖傳輸雷射驅動的飛片對材料的撞擊效果；且現有的光纖傳輸雷射驅動飛片方式多為在光纖上沉積金屬膜，每次發射後需要更換光纖或切斷光纖進行端面處理後重新鍍膜，技術難度大，成本高。
【發明內容】
[0004]本發明的目的在於實現雷射驅動飛片系統中雷射光斑能量的均勻化，提高驅動飛片的平整性，以增強地面模擬微小碎片撞擊試驗能力；利用光纖可彎折的特性改變雷射出射方向，優化微小空間碎片模擬系統的位置，為與其它空間環境協同試驗提供技術基礎。
[0005]為此，本發明提出了一種用於光纖傳導的雷射驅動飛片試驗裝置，該裝置的技術方案如下:
[0006]—種用於光纖傳導的雷射驅動飛片試驗裝置，包括雷射器、擴束鏡、聚焦鏡、多模光纖、真空靶室、準直聚焦鏡、飛片靶，其中，雷射器、擴束鏡、聚焦鏡和多模光纖依次同中心軸線設置，雷射器發射出雷射，雷射經擴束鏡擴束後入射到聚焦鏡上，雷射再經聚焦鏡會聚後入射多模光纖，多模光纖通過密封法蘭穿設固定在真空靶室的側壁上，多模光纖與真空靶室內的飛片靶之間依次平行設置位於同一中心軸線上的兩個準直聚焦鏡，入射多模光纖的雷射出射後，依次入射兩個準直聚焦鏡，再次優化光斑質量，兩個準直聚焦鏡將高斯型輸入雷射光束轉變成平頂型雷射光斑，從而實現用光纖傳導雷射的方式驅動飛片。
[0007]其中，兩個準直聚焦鏡對入射光束的對準性要求較高，X-Y位移的誤差不超過5%，兩準直聚焦鏡通過套管連接，套管與光纖通過D80連接器連接。
[0008]其中，聚焦鏡焦距為5-10mm。
[0009]其中，雷射器為固體YAG雷射器，具體類型為鐳寶公司生產的固體脈衝雷射器。
[0010]其中，擴束鏡的擴速倍數為2-4倍。
[0011]其中，多模光纖的芯徑為600 μ m，長度10m，外層套塑材料為PVC。
[0012]其中，多模光纖的前後均連接有用於傳導高能雷射的D80連接器，D80連接器帶有藍寶石保護連接頭和不鏽鋼鎧裝軟管保護層。
[0013]其中，經過準直聚焦鏡後的雷射束的焦斑直徑在0.4mm?Imm可調節。
[0014]本發明利用長度大於1m的多模光纖傳導波長1064nm、脈寬10ns、能量不低於50mJ的脈衝雷射，經過光束整形後，能夠實現雷射束焦斑直徑在0.4mm?1_可調節；輸出的雷射束能量的空間分布均勻性優於10% ;通過任意設定入射雷射方向，可實現雷射經光纖傳輸後能入射至飛片靶。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0015]圖1為本發明的光纖傳導的雷射驅動飛片試驗裝置示意圖。
[0016]其中，I為雷射器；2為擴束鏡、3為聚焦鏡；4為多模光纖；5為真空靶室；6為準直聚焦鏡；7為飛片靶。
【具體實施方式】
[0017]下面結合附圖對本發明的光纖傳導的雷射驅動飛片試驗裝置進行進一步說明，該說明僅僅是示例性的，並不旨在限制本發明的保護範圍。
[0018]如圖1所示，本發明的光纖傳導的雷射驅動飛片試驗裝置包括雷射器1、擴束鏡2、聚焦鏡3、多模光纖4、真空靶室5、準直聚焦鏡6、飛片靶7，其中，雷射器I為固體YAG雷射器，擴束鏡2購自北京卓立漢光公司，擴束倍數為2-4倍，擴束倍速沒有特別的限制，只要保證進入聚焦鏡3即可；
[0019]雷射器1、擴束鏡2、聚焦鏡3和多模光纖4依次同中心軸線設置，雷射器I發射出雷射，雷射經擴束鏡2擴束後入射到聚焦鏡3上，雷射再經聚焦鏡3會聚後入射多模光纖4，多模光纖4通過密封法蘭穿設固定在真空靶室的側壁上，多模光纖4與真空靶室內的飛片靶7之間依次平行設置位於同一中心軸線上的兩個準直聚焦鏡6，入射多模光纖4的雷射出射後，依次入射兩個準直聚焦鏡6，再次優化光斑質量，兩個準直聚焦鏡6將高斯型輸入雷射光束轉變成平頂型雷射光斑，從而實現用光纖傳導雷射的方式驅動飛片。
[0020]在一【具體實施方式】中，雷射器I的輸出能量最高可達2J,脈寬1ns ;擴束鏡2為兩倍擴束，擴束後的雷射更容易被聚焦；聚焦鏡3的焦距為30mm ;多模光纖4芯徑為600 μ m,長度10m，外層套塑材料為PVC (聚氯乙烯)，光纖前後均連接用於傳導高能雷射的D80連接器，D80連接器帶有藍寶石保護連接頭和不鏽鋼鎧裝軟管保護層，其中藍寶石可以承受較高的散熱溫度，適宜大芯徑高能量雷射的傳輸。
[0021]在另一具體的實施方式中，多模光纖穿過Y27連接器並採取密封措施可將其引入真空革巴室5,脈衝雷射在光纖內經多次內反射後,光斑能量分布趨於均勻；
[0022]雷射從光纖出射後，進入準直聚焦鏡6再次優化光斑質量，聚焦鏡焦距為5/10mm，在特定的工作距離(非焦距)下，準直聚焦鏡可以將高斯型輸使入射光束轉變成平頂型光斑。準直聚焦鏡對入射光束的對準性要求較高，X-Y位移的誤差不超過5%，通過D80連接器的固定可以解決這個問題。最終實現雷射束焦斑直徑在0.4_?Imm可調節，輸出雷射束能量的空間分布均勻性優於10%，雷射入射至飛片靶7，驅動飛片，模擬微小空間碎片。
[0023]本發明通過將大功率固體雷射器與光纖耦合，經過光纖的接入、傳導，最後經過光束整形等技術，完成高功率脈衝雷射的光纖輸出，為光纖傳導雷射驅動飛片系統的研製提供高質量雷射光束，進而實現用光纖傳導雷射的方式驅動飛片。其關鍵技術為:(I)雷射耦合進入光纖，通過D80連接器將耦合透鏡和光纖相連；(2)傳輸高能量雷射，利用D80連接器中的藍寶石加強散熱，提高光纖損傷閾值；(3)雷射能量剖面的改善，通過雷射在光纖內多次內反射均勻化能量及準直聚焦鏡對雷射能量的優化完成。
[0024]儘管上文對本發明的【具體實施方式】給予了詳細描述和說明，但是應該指明的是，我們可以依據本發明的構想對上述實施方式進行各種等效改變和修改，其所產生的功能作用仍未超出說明書及附圖所涵蓋的精神時，均應在本發明的保護範圍之內。
【權利要求】
1.一種用於光纖傳導的雷射驅動飛片試驗裝置，包括雷射器、擴束鏡、聚焦鏡、多模光纖、真空靶室、準直聚焦鏡、飛片靶，其中，雷射器、擴束鏡、聚焦鏡和多模光纖依次同中心軸線設置，雷射器發射出雷射，雷射經擴束鏡擴束後入射到聚焦鏡上，雷射再經聚焦鏡會聚後入射多模光纖，多模光纖通過密封法蘭穿設固定在真空靶室的側壁上，多模光纖與真空靶室內的飛片靶之間依次平行設置位於同一中心軸線上的兩個準直聚焦鏡，入射多模光纖的雷射出射後，依次入射兩個準直聚焦鏡，再次優化光斑質量，兩個準直聚焦鏡將高斯型輸入雷射光束轉變成平頂型雷射光斑，從而實現用光纖傳導雷射的方式驅動飛片。
2.如權利要求1所述的試驗裝置，其中，兩個準直聚焦鏡對入射光束的對準性要求較高，X-Y位移的誤差不超過5%，通過D80連接器進行固定。
3.如權利要求1所述的試驗裝置，其中，聚焦鏡焦距為5-10_。
4.如權利要求1-3任一項所述的試驗裝置，其中，雷射器為固體Nd:YAG雷射器。
5.如權利要求1-3任一項所述的試驗裝置，其中，擴束鏡的擴速倍數為2-4倍。
6.如權利要求1-3任一項所述的試驗裝置,其中，多模光纖的芯徑為600μ m,長度1m,外層套塑材料為PVC。
7.如權利要求1-3任一項所述的試驗裝置，其中，多模光纖的前後均連接有用於傳導高能雷射的D80連接器，D80連接器帶有藍寶石保護連接頭和不鏽鋼鎧裝軟管保護層。
8.如權利要求1-3任一項所述的試驗裝置，其中，經過準直聚焦鏡後的雷射束的焦斑直徑在0.4mm?Imm可調節。
【文檔編號】G01M7/08GK104386268SQ201410772819
【公開日】2015年3月4日 申請日期:2014年12月12日 優先權日:2014年12月12日
【發明者】楊繼運, 龔自正, 馬子良, 李宇, 曹燕, 徐坤博, 於兆吉, 郎冠卿 申請人:北京衛星環境工程研究所