高能激光系統
關注創建者：匿名 創建時間：2026-01-04
高能激光系統的實例教程
弗洛伊德補充道，美國海軍希望能夠擴大系統規模，以適應不同的任務和使用要求，填補現有作戰任務間的“間隙空白”。
文章稱，安裝在“龐塞”號和“波特蘭”號上的高能激光系統均采用單獨的電池供電，這就需要在發射間隙對電池進行充電。弗洛伊德表示，正在研發更高功率、更大容量的電池來解決這一問題，并期待更強大的水面艦船綜合電力系統作為高能激光系統的主要或備用電源。
弗洛伊德透露，美國海軍和達爾格倫公司還在研發其他的激光武器系統，包括一種非致命性的 "炫目器"。
關鍵詞：高功率激光發射系統；擴束系統
1 引言
高功率激光發射系統是強激光空間傳輸系統中不可缺少的裝置。對高功率激光發射系統的研究一直是激光應用領域的關鍵技術問題。高功率激光發射系統通常由準直系統、導光光路系統和擴束系統組成,光學系統要求具有高抗激光損傷閾值、高反射率、熱變形小等特點。這里我們主要討論擴束系統的設計。
2 設計要求
項目
指標要求
發散角
<3mrad
擴束前光束寬度
45mm*45mm
擴束比
2
系統波像差
λ/4
波長
10.6um
兩鏡間距
200mm左右
3 設計方案選擇
由于激光波長較長，出射光束直徑較大，大口徑透鏡材料價格昂貴，反射系統便于冷卻，同時為了避免中心遮攔對激光能量的損失,提高系統的發射能量，故高功率激光擴束系統選擇離軸無焦卡塞格林系統進行擴束。所設計的離軸卡塞格林擴束系統,其擴束倍率為2倍,主鏡離軸量265mm,次鏡離軸量132.5mm,主鏡為凹拋物面,次鏡為凸拋物面。
4設計步驟
根據主次鏡間距和擴束比計算主次鏡的曲率半徑，主次鏡曲率半徑分別為800mm和400mm。
展開 將數值數據應用至表面
STAR 功能：擬合評估
? 不同于使用 Zernike 多項式往往需要使用高階項系數進行形變擬合，全新的 STAR 模塊將使用以下數據擬合算法完成對表面的擬合：
‐ 將 2D 表面形變轉換為非均勻網格矢高數據
‐ 將 3D 溫度分布情況轉換為非均勻折射率分布數據
‐ 可以避免 Zernike 擬合精度不足導致的殘余誤差
? 控制每個 FEA 數據集與其關聯的表面的數值擬合設置，可視化 FEA 數據集與其數值擬合之間的差異
FEA 數據對系統性能產生的影響
? STAR 模塊可以使用所有的 OpticStudio 分析功能進行系統性能分析
? 簡單載入 FEA 數據后，即可使用 OpticStudio 中的工具觀察和分析這部分性能影響
? 系統及成像性能分析：表面矢高、點列圖、波前差、圖像模擬分析等
Zemax 集成化光學系統設計：高能激光系統示例
高能激光系統
? 在 OpticStudio 序列模式中設計和優化高能激光系統的光學部分
? 通過 OpticsBuilder將光學設計便捷地導入至 CAD 平臺中并進行光機械封裝和分析
? 結合 FEA 分析工具得到的具體熱形變和結構分析數據，通過 STAR 模塊展現系統的整體性能情況
? Zemax 軟件集合可以幫助您：
- 多種實用功能幫助您完成高斯光束傳播模擬
展開 據以色列《耶路撒冷郵報》等媒體報道，以色列軍方在上周進行的試驗中，成功使用安裝在民用飛機上的高功率激光武器系統擊落了飛行中的多架無人機。就此，以色列國防部稱，以色列可能是世界上首個能夠在飛機上使用這種激光技術，并在模擬作戰中成功攔截目標的國家。報道稱，在以色列國防部武器和技術基礎設施發展管理局的領導下，以色列埃爾比特系統公司和以色列空軍上周對高功率激光系統進行了數天的試驗。試驗是在海上進行的，高能激光系統被安裝在一架配備有先進傳感器和跟蹤系統的民用版塞斯納飛機上，與不同距離和高度的多架無人機交戰。
試驗平臺飛機左側的觀察窗、激光發射器和光電瞄準系統。
以色列國防部稱，這架飛機“成功攔截并100%摧毀了在測試期間發射的無人機。這是以色列研發先進機載激光系統多年計劃的第一步，該系統將為以色列的多層防御系統再增加一層，是對‘鐵穹’、‘大衛投石器’和‘箭’系統的（防御）能力的補充。”
美國“商業內幕”網站報道稱，在以色列與巴勒斯坦在加沙的最新一輪激烈交火中，“鐵穹”等陸基攔截系統被用來攔截來襲的火箭彈和敵方無人機，這些重要的攔截系統在大多數情況下的表現都異常出色。但是，在對付相對便宜的無人機時，相比昂貴的攔截導彈，激光更為有效，這也是世界各國軍隊越來越多地尋求空基、陸基和海基激光系統來對抗無人機的原因之一。
激光發射器發射和控制系統。
以色列國防部分管軍事研發的陸軍將領亞尼夫·羅特姆稱，此次試驗是一次突破性的技術成就，在以色列歷史上是首次，也許是全世界第一次。他還指出，激光系統“強大而精確”，可以在任何天氣狀況下攔截目標。一旦目標飛越利益區域，系統就會以非常高的精度指向并鎖定目標，并保持鎖定狀態直到目標被擊落。
被激光燒穿擊落的靶機。
展開 2009年，以色列拉斐爾先進防務系統有限公司以光纖激光技術為基礎研發新的反炮兵彈藥激光武器系統，并在2014年新加坡航展上推出“鐵束”激光武器樣機。這種高能激光武器系統采用2千瓦級光纖激光器，最大有效射程7公里，安裝在兩輛車上進行發射。
“鐵束”激光武器系統的出現，有效解決了“鐵穹”系統面臨的兩大難題，一是成本效率低，二是無力應對密集攻擊。“鐵穹”導彈系統每實施一次攔截，成本大約在10萬至15萬美元；而“鐵束”激光武器系統每發射一次，成本僅需2000美元，一舉解決上述兩大問題。
“鐵束”是一種光纖激光系統，可以摧毀任何空中物體。另外，以色列表示，其“鐵穹”(Iron Dome)防御系統取得了巨大成功，對來襲火箭彈的攔截率達到90%。但官員們表示，該系統的部署成本很高——在加沙向以色列發射一枚火箭只要幾百美元，但要想被“鐵穹”攔截需要數萬美元。
當下，激光已經成為以色列防防空的一大利器。“由于其易于操作的系統和顯著的經濟優勢，激光是游戲規則的改變者。”國防部國防研究與發展理事會的Yaniv Rotem表示，“我們的計劃是在未來十年沿以色列邊境部署多個激光發射器。”
兩項技術實現激光能量累積增強
傳統的大多數激光武器試驗系統都采用一個大激光器發出激光，而“鐵束”激光武器系統采用光束三級疊合方式，實現激光能量的累積增強。即先由多個微小激光器合成疊陣，再將多個疊陣發出的多道光束進行合束，最后將激光束在目標瞄準點上疊加。其間，主要有兩大關鍵技術。
關鍵技術之一：將諸多微小激光器合成為“疊陣”
微小激光器分兩種：光纖激光器或激光腔以及單管半導體激光器。
經過3個步驟進行合成：
第一步，把諸多小光纖激光器并列集成為線陣，形成“巴條”；
第二步，把諸多巴條在橫向上集成為“面陣”；
第三步，把諸多面陣在縱向上集成為“疊陣”。
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簡介
激光擴束準直系統是激光傳輸、激光加工、激光雷達及天文觀測等領域的核心光學組件，可按指定倍率擴大光束直徑、壓縮發散角，保障長距離傳輸時的高平行度與高能量密度。本案例依托 OAS 光學軟件，完成激光擴束準直系統的全流程建模、仿真、優化與性能驗證，精準量化光束傳播特性、像差水平與準直性能，為工程化設計提供可靠數據支撐與優化方向。
案例設置與操作
模型構建
采用 OAS 軟件序列光線追跡模式
激光引導無焦系統的分析與設計1個月前
[圖片]
用于光束切趾的圓形鋸齒光闌
VirtualLab Fusion獨特的模擬技術使用戶能夠對濾波進行詳細建模，從而評估對光學系統性能和特性的影響。
空間濾波是光學中的一項關鍵技術，用于細化激光束，提高其質量，并最大限度地減少像差和不必要的衍射效應。通過采用透鏡和光闌的組合，空間濾波選擇性地從激光束中去除不想要的成分
空間濾波是光學中的一項關鍵技術，用于細化激光束，提高其質量，并最大限度地減少像差和不必要的衍射效應。通過采用透鏡和光闌的組合，空間濾波選擇性地從激光束中去除不想要的成分，例如噪聲、衍射圖案和空間不規則性。這一過程確保了更均勻的強度分布，減少了發散，增強了相干性，從而提高了光束質量。空間濾波在各種應用中是必不可少的，包括激光加工、全息技術、顯微鏡和通信領域，其中對光束特性的精確控制對于最佳性能和精度至關重要
摘要
在天文望遠鏡中，經常使用激光導星來校正大氣畸變。這種人造恒星圖像通常由高功率激光束在幾十公里之外拍攝。為了精確設計產生甚至控制激光導星大小的光學系統，必須考慮激光束的衍射效應。在這個例子中，我們展示如何分析和設計一個激光導星的無焦系統。
走進VirtualLab Fusion
激光導星是幾十公里外的人造“恒星”圖像，對于天文望遠鏡的大氣扭曲校正非常重要。為了準確預測焦斑，必須仔細控制星體的大小，并在設計中考慮慢衍射效應。我們在VirtualLab Fusion中分析和設計了這樣的系統，并展示了如何為這些任務配置傅立葉變換設置。
激光導星無焦系統的分析與設計
在VirtualLab Fusion中，我們演示了如何分析無焦系統以生成激光導星
激光導星無焦系統的分析與設計8個月前
在天文望遠鏡中，經常使用激光導星來校正大氣畸變。這種人造恒星圖像通常由高功率激光束在幾十公里之外拍攝。為了精確設計產生甚至控制激光導星大小的光學系統，必須考慮激光束的衍射效應。在這個例子中，我們展示如何分析和設計一個激光導星的無焦系統。
摘要
簡介：激光探測和測距系統(LIDAR)
以下四個示例設計演示了如何使用OptiSystem模擬光檢測和測距系統（LIDAR），具體如下：
?激光脈沖飛行時間測量
?相移測距
?調頻連續波（FMCW）直接檢測測距和調頻連續波相干測距
圖1使用直接檢測的FMCW LIDAR OptiSystem模型示例視圖
1.測距(飛行時間)
1)原理簡介
?使用激光脈沖，飛行時間測距法測量發射脈沖從發射裝置行進到目標并返回接收器所花費的時間
簡介：激光探測和測距系統(LIDAR)
以下四個示例設計演示了如何使用OptiSystem模擬光檢測和測距系統（LIDAR），具體如下：
□ 激光脈沖飛行時間測量
□ 相移測距
□ 調頻連續波（FMCW）直接檢測測距和調頻連續波相干測距
圖1.使用直接檢測的FMCW LIDAR OptiSystem模型示例視圖
1.測距(飛行時間
GLAD：地對空激光通訊系統10個月前
本例為一束激光從地基激光器出發傳輸到近地軌道上的一個轉換鏡上。轉換鏡將激光反射到一個聚焦鏡上，然后這束光打到大氣層內部一個低海拔的目標上。根據Kolmogorov模型，假設目標值的半徑為10cm，就可以計算大氣像差。本例中包含了激光擴束器像差、轉換鏡上的像差以及聚焦鏡上的像差。
大氣模型假設的波陣面光譜功率為（忽略內部和外部的尺寸限制）：
其中是波陣面的光譜功率，r0為可視參數，f
