[发明专利]利用环状脉冲激光模拟弹道冲击并实时监测的装置及方法

权利要求书

1.一种利用环状脉冲激光模拟弹道冲击并实时监测的装置，其特征在于：包括激光输出模块、指示激光器、光束整型模块和监测模块，所述激光输出模块用于输出所需激光，所述光束整形模块用于将激光输出模块输出的激光光束整型为环状脉冲激光，用以模拟环状冲击带来点状损伤，所述指示激光器用于指示激光作用中心点，所述监测模块用于原位无损监测防护材料测试过程。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：还包括控制主机，所述激光输出模块、指示激光器和监测模块分别与控制主机连接，所述控制主机用于控制总体测试过程并记录相关反馈信息。

3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：所述激光输出模块包括脉冲激光器和光参量放大器，所述脉冲激光器和光参量放大器均由主机系统中激光输出系统控制，所述激光输出系统根据防护材料性能和所模拟子弹的参数不同，控制脉冲激光器输出相应功率、频率、脉宽的激光，并通过光参量放大器控制激光输出波长；激光输出模块设有闸门，用于在脉冲激光器和光参量放大器运行的情况下关闭激光输出；激光输出模块所输出的激光光束半径固定。

4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：所述光束整形模块包括平凸面镜、平凹面镜和两块圆锥透镜，两块圆锥透镜相对放置，用于将激光输出模块产生的脉冲高斯光束整型为环状脉冲激光，且通过控制两块圆锥透镜之间的距离控制环状脉冲激光的半径，所述平凸面镜、平凹面镜用于对激光进行收束或扩束，用于控制环状脉冲激光的粗细，若需要产生扩束环状脉冲激光，则将平凹透镜放置于平凸透镜之前，若需要产生收束环状脉冲激光，则将平凸透镜放置于平凹透镜之前；所述平凸面镜、平凹面镜位于两块圆锥透镜之前，由激光输出模块输出的柱状脉冲激光经平凹透镜、平凸透镜后，再经过第一圆锥透镜后分束进入第二圆锥透镜，形成扩束环状脉冲激光；光束整型模块内的平凸面镜、平凹面镜、两块圆锥透镜位于同一轴线上，改变其位置和顺序不会改变最终环状激光作用中心点的位置。

5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：还包括第一反射镜、第一二向色镜和第二二向色镜，所述第一反射镜用于将光束整形模块产生的环状脉冲激光反射给第一二向色镜，所述第一二向色镜用于将第一反射镜反射的环状脉冲激光反射给第二二向色镜，第二二向色镜用于将第一二向色镜反射的环状脉冲激光反射至防护材料表面，使光束整形模块产生的环状脉冲激光经第一反射镜、第一二向色镜和第二二向色镜的反射后，冲击防护材料表面；所述指示激光器发出的指示激光透过第一二向色镜并经第二二向色镜反射至防护材料表面，用以标记环状脉冲激光冲击波会聚中心；所述第二二向色镜用于反射指示激光和环状脉冲激光，透过来自防护材料表面的反馈信号光。

6.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：防护材料的表面黏附有不透明的光吸收涂层和透明的约束层，用于强化冲击效果，光吸收涂层位于约束层和防护材料之间，当环状脉冲激光冲击防护材料时，首先透过约束层冲击光吸收涂层，材料在极短的时间内汽化形成一个高温高压的环状等离子体层，由于约束层的存在，溅射出的等离子体羽流被约束在防护材料表面无法迅速向外界膨胀，其内部压力逐渐升高并向防护材料表面产生冲击；其环状等离子体产生的环状冲击最终会聚在激光作用中心点，从而产生与弹道冲击等效的冲击效果。

7.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：所述监测模块包括拉曼光谱仪、超快相机、混频干涉仪、分束镜、第三二向色镜和第二反射镜片，所述分束镜用于将来自防护材料表面的反馈信号光分为两部分，一部分直接进入拉曼光谱仪，同时另一部分反馈信号光一部分经过第三二向色镜的反射进入超快相机，一部分光透过第三二向色镜后经第二反射镜反射，进入混频干涉仪；所述拉曼光谱仪用于得到材料的拉曼光谱，根据所得到的拉曼光谱谱峰的强度、位置、偏移、半高宽信息，来获取防护材料冲击作用点组分、应力、应变信息；所述超快相机用于对材料表面进行成像，用于观察表面激光弹道冲击微观过程和模拟结果；所述混频干涉仪用于实时监测由于激光脉冲引起的防护材料表面熔化、防护材料折射率变化信息。