[发明专利]一种脉冲激光器远场光轴稳定性检测系统

权利要求书

1.一种脉冲激光器远场光轴稳定性检测系统，其特征在于包含光学系统、同步控制采集系统、显示控制系统和转台系统，光学系统、同步控制采集系统和显示控制系统都位于转台系统上；

所述同步控制采集系统包括APD探测器、近红外CCD相机、FPGA电路板，其中FPGA电路板包含延时模块，APD探测器输出标准TTL电平信号至FPGA电路板，经FPGA电路板内的延时模块延时后输出至近红外CCD相机，控制其曝光时间；

所述光学系统包括APD探测器对应光学镜头、近红外CCD相机对应光学镜头和两个窄带滤波片，其中该两个光学镜头同光轴，并在该两个光学镜头后分别放置窄带滤波片，抑制背景光的影响，其中APD探测器对应光学镜头收集的光脉冲经过窄带滤波片后通过孔径光阑输入APD探测器；

所述显示控制系统与近红外CCD相机连接，设置近红外CCD相机的采集参数并接收近红外CCD相机所采集的图像数据，并对光斑图像进行分析处理；

所述近红外CCD相机对应光学镜头的焦距为：一是近红外CCD相机的成像范围包含光斑及其抖动的范围；二是靶标上光斑每抖动0.01mrad，光斑在近红外CCD相机靶面上至少移动3个像素；其焦距求取过程如下：

设光斑半径为R，接收物镜焦距为f，光斑在靶标上的半径为H，靶标与接收物镜间距离为l，光斑稳定时，由成像关系可知：

光斑抖动时，由新的成像关系可知，新光斑的半径范围H₁及H₂：

ΔR是指光斑抖动的量，则光斑在近红外CCD相机靶面上的移动距离ΔH为：

光斑在近红外CCD相机靶面上的移动像素数cnt为：

上式中，a为近红外CCD相机的单像元边长；

设激光器发散角为θ，靶标为边长为A的正方形，激光发射系统到靶标的距离为L，光斑最大抖动角度为β，则由以上分析可知，各项参数间的关系应满足下列几式：

上式中X、Y分别是近红外CCD相机靶面的长和宽，n为靶标上光斑每抖动Δθ，近红外CCD相机靶面上对应的移动像素数，a为相机单像元边长；

由以上三式，可得焦距应满足：

f≥0.15n

θ为激光器的发散角，且θ的最大值为0.5mrad，n为整数。

2.根据权利要求1所述的脉冲激光器远场光轴稳定性检测系统，其特征在于激光器发出的激光脉冲到达APD探测器的靶面后，经过响应延迟时间t后，APD探测器输出响应脉冲，将此响应脉冲输入至FPGA电路板，经延时模块作用，对此响应脉冲进行计数延时，延时时间T₂后，FPGA电路板输出预测脉冲，此脉冲即是近红外CCD相机触发信号，其频率与激光器发出的激光脉冲频率一致，但是其相对于激光器发出的激光脉冲有了一个超前的相位T₁，即近红外CCD相机的触发脉冲在每个激光器发出的激光脉冲到来之前产生，并且触发脉冲与激光器发出的激光脉冲之间的时间间隔T₁固定不变；

延时时间T₂与超前相位T₁的具体大小应综合激光的频率及近红外CCD相机的最低曝光时间确定：激光器发出的激光脉冲的周期为T，设置激光光斑出现时间处于近红外CCD相机曝光时间的中心位置，则在FPGA电路板中所设对于APD探测器响应脉冲的计数延时时间T₂为：

其中，T_min为最小曝光时间。

3.根据权利要求1所述的脉冲激光器远场光轴稳定性检测系统，其特征在于APD探测器靶面对应的成像范围与近红外CCD相机的成像范围一致，APD探测器对应光学镜头的焦距为：

上式中，r为APD探测器靶面直径。