舰炮激光模拟器的光学系统设计

舰炮激光模拟器的光学系统设计 J99o年第3朋海军工程学院总52瑚?83? 卜舰炮激光模拟器的光学系统设计 王江安李树山 ——?_‘一 ——————, (海军兵器I程亲) 摘要 苇廷潞 一/7弓(『 本文7光学亲统在小口径舰炮射击激光模拟器中应用的必要性.对如何 利用光学系统束提高系兢的性能指标的问,提出1一些设想.还介绍j激光光 学系蟪设计的原则和实现的方法,并详细推导和计算了光学采兢设计的全过程. 并就有关技术问题进行了初步的探讨.一 关键调;苎兰;;光学兰 1引言 舰龙岂 高光能利用率,相对孔径D,应大一些.但出乎受体积和加工等方面的限 制,透镜的口径D不能太大,所以限制了D/f‘的增大.从象羞贷厦来考虑,虽然该系统不用于 成象,但大象差起的能量弥散(光斑变大),在远距离处所造艘的危害是不容忽视的.根据系 统的整机性能指标以及国内同类产品的设计结果,对发射系统的象差要求为0: 轧<0.07 0<0.015I 最小弥散圆<0.03. 由于视场角2较小,因此轴外象差t,8,不予考虑.因为采用的是O.91的单色光 耀,色差z,t不考虑,只需校正球差和正弦差-,一.根据象差和DH‘的要求,我船认为采 用双分离或双胶合透镜都能满足系统的使用要求. (1)选型 考虑到弹丸的散布,瞄准误差等综合因素,我们确定光斑尺寸在1000米处为L.5米左右. 因为激光器的发光面积为250/~~2a,系统焦距应为: ,,=生一200mm(2) L——物距 ,——焦距 d——光斑尺寸 ,——激光器的发光尺寸 考虑到激光器的发骰角为d;20,为提高系统能量利用率,其相对孔径应满足下列关系 式; D/, 嚣求物镜本身校正色差.即.=0. ,P00085 按2一 I0 选玻璃时.既考虑到满足校正象差的可能性.叉要洼意它们的物理化学性质这黾我们选 用K+ZF的组合.查设计手册得到其它参敬如下: 一2.009401 一一 1.284074 P=0.0383I9 W:0.06099 众所周知,由于色散作用,同一种透明,由于波长不同其折射率也不相同.在进行光学 系统设计时,首先要求解决的是工作波长.根据国内有关单位提供的双异质结(;aAs发光二摄 管的研制,由其中的发射光谱曲线图(如图I所示)可知,多数器件 的发射峰值波长都在 9000A.附近.图1示了4个不同编号的器件的发射光谱. 圉1 考虑到澈光器件对温度敏感,其辐射激光渡长随温度升高向长波方向漂移(在常温时 27?,峰值渡长为9100.4),漂移基为2.5.4‘/?,根据部队实际训练情况,要求该装置在一O? , +50?范固内工作,其波长漂移量为200A.左右.设计时选用=9100,4作为仪器的工作波 长根据下面的色散公式,可计算出光谱范国从365,10]d毫9.t211994×10— A2=2.7760538×l0一{ 3=1.2739656×l0-3 山=一d.788I342×10 As=8.0562028×10一 1.5083 1.656 — -- — 0.06 r 0990 :一d.284074Z154074()——i=百广.一{?(― =口+:=1.67307 =口+cpJ=一2.275 口+一一0.733071 毗一l目2一 击119?54 rz= 舌一87.91 – 麦=一272+81 (5)定外径 (6)定透镜厚度, 口井=D+4.0=64 毛=竹一 如=畦一 粕=r;一 , (等) , (号) , (詈) =5.81 =1.6 型 = }I+-十I如I =业 =岛一I.I+I铂I (8) (9) (10) (I2) (13) (14) (15) (I6) (17) (18) I??牟簟l?膏军工曩擎院曩?鞠??静? 取标准值l一16,42=6.6. (7)象差校正 把上面得到的物镜的初始结构参敷在电子计算机上进行象差?量校正,量后再翦下爵一 蛆计算结果t 片0I. 3接收光学系统 接收光学系统的作用是接收由发射系统发出的提直激光信号,使其会聚加蛋.因此接收钧 镜的相对孔径越大,越有利于增大传jI距离.通常接收系统的光电撵潮嚣采用硅先二极警(或 葺崩二极管),它和Oa.4s发光二搬管在选定的工作波长上能较好的匹配.这是一种量子效应 高,灵敏度高,响应时河短的光电探潮器.而激光模拟器的接收系统与其它红外接收系统的最 大区别在于,它要求有很大的枧场角(根据实际的训练要求,其摁辆角2W>t00.).而一般会聚 系统焦平面上的硅光二极管其光敏接收面通常只有几个毫米,远远不能j舞足系统的要求.因 此,要做到在这么大的枧场内都能很好的会聚信号,必须采用短焦距,大枧场,大相对孔径的系 统.再加上要平衡大视场,大相对孔径系统的轴上,轴外象差,这将成为一个非常复杂的光学系 统.综合多方面考虑,我们舍去了接收物镜.雨最终选用了大面积硅光电弛(10X10mm).其 接收视场角可达l20,完全能j舞足使用要求. 4象差和调焦误差对系统的影响 象差和调焦误差对系统产生的危害性质是一样的,它将使光斑增大,能量衰减,距离缩短. 模拟器的光学参敦如下: ,=200mm–30mm r 一==面3(20) 设象差(球差,正弦差)和谓焦误差在焦面上离焦O.1mm,则在3000米处,光斑将增大近0.5 来. 一一 喜;0.000075 J l0.o=0.000075×2×3000=0.45米 ?88?No+3,I9‖JOURNAL,OFNAVALACADFJ~IY0FE~iGINEERINGs mIh52 综合各种因素,我们取激光发教角(j.5毫强)豹士l0为综台误差,即0.j5毫弧,在3000米 所引起豹误差为0.45米.通常摸拟器豹象差一般控在乩,=0.07以内, 则谓焦误差就必缓 艰稿在士0.03毫米. 5系统误差对精度的影响 激光发射器与五七式瞄准镜组装成一体,这就提出了激光发射光轴 与瞄准轴的平行差应 为多步为佳.由于五七式瞄准镜分划格值为00--05,中心缺13处为 00--04,其翔线宽度为0O — o0?25I歌激光发射器的激光光轴与五七式瞄 (2)谓焦结构造成的光轴误差m 设允许谓焦结构的轴离同隙为?? 0.02mm. 剐 I.t光靛甜器2.t光光轴 3五七式瞒堆链光轴4.控正祀植 困2光斑拄正 =tg-]争=tg-I-0.095密位 (3)偶然误差m 考虑到调校仪器的误差,肉眼的视差等,故取 口‘=0.1密位 系统的总误差为: 如=口-+趣+m 一0.25+0.095+0.j=0.45密位 口=0.445<0.5 故上述误差是可以满足技术要求的. 990年第3瑚海军工程学院总雄52蜊?89? 参考文献 1李一平.rlQ-105光电测距仪系绕设计.技术动态,I目81(4) 2任大翠.大光腔砷化礞激光器研制报告长春光学精密机械学 院,1985(4) 3李景镇.光学手册.西安:陕西科学出版杜.j986 TheDesignofOpticalEystemintheLaserSimulatorfor smal1CalibreNava1GLID_S WangJianganLiShashan Abstract Inthepaper,thenece~.sJtyoftheapplicationofanopticalsystemtotheJarsimulatorforsmall calibrenavalgunsisdiscussed.Someideasofimprovingthecharacteristicsofthelasersimulatorbyus- Jnganopticalsystemarepresented.Theprincipleandthemethodofopticaldesigninalasersystem aredescribedJndetailandsoftietechnicalproblemsarealsostudied. Keywords:Lasersimulator;Opticalsytem;Opticaldesign 我院参加首次全国期刊展览 由国家新闻出版署主办的首次全国期刊展览,于J990年9月2日至9日在北京中国工艺 美术馆隆重举行. 参加这次展览的共有,1000多种公开发行的期刊.宋任穷,杨得志,费孝通,王任重等领导 同志出席了开幕式.中央电视台,中央人民广播电台,全国各大报刊对此次大展均进行了报道. 我院《》参加了这次期刊大展.学院领导对此工作高度重视,委派主编王继长同志 参加了展览会.海军参加这次展览的共有三种期刊.即《政工学刊》,《水兵》《海军工程学院学 报》. 我院《》是公开发行的正式期刊,1989年披评为湖北省优秀科技期刊.通过这次展览, 扩大了的社会影响,促进了出版质量的提高,增强了编委,编辑人员的责任感;密 切了期刊同更广贬的读者的联系l促进了编辑人员的互相学习,互相交流;既找到了差距.也显 示了我院的特色和优势;并将进一步推动我院水平的全面提高. f本刊编辑部)