半导体激光点火技术的研究与应用
发布时间：2020-12-25 22:44
随着激光技术的发展和武器系统中火工品安全性要求的提高,激光火工技术早已作为一种先进的点火技术而受到业界的广泛关注。本文基于半导体激光器,设计了一种单光纤光路结构的激光点火系统。首先分析了激光点火系统的基本需求并确定了系统的总体技术方案,然后对系统中的主要单元,包括控制模块、点火激光器驱动模块、光路检测模块、点火时间测量模块以及同步输出模块等单元进行了理论分析和硬件电路设计,并根据点火系统的工作流程,对系统软件进行了设计和编写,最后对系统中各个模块的性能和整机输出进行了实验测试。具体内容如下:(1)对激光点火系统的组成结构进行了分析与研究,确定了系统的整体设计方案。通过分析比较单光纤和双光纤光路结构的优缺点,确定了系统的光路结构。根据各波段半导体激光器的特点以及点火药剂的吸收光谱,从光纤耦合激光器模块的工艺水平和激光传输损耗角度分别选取了980nm和1310nm波长的激光作为系统的点火激光和检测激光。(2)根据系统的整体设计方案,完成了系统的软硬件设计。硬件设计主要分为系统光路设计和控制系统硬件设计两部分,光路设计部分主要设计了基于单光纤双波长方案的光路结构,控制系统硬件设计主要包括系统...
【文章来源】：中国科学院大学(中国科学院长春光学精密机械与物理研究所)吉林省
【文章页数】：92 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图1.1双光纤、双光源式光路检测结构图
第1章绪论5图1.2单光纤光路检测系统示意图Figure1.2Schematicdiagramofsingleopticalfiberdetectionsystem2017年，梅崴等[45]对大行程1x2MEMS光开关的工作原理、驱动结构以及微加工工艺开展了研究分析，实验测试了光开关插入损耗、响应时间和隔离度等特性，测试结果表明光开关的综合性能符合激光点火系统的实际应用要求。2019年，贺爱锋等[46]通过实验探究了起爆器内点火药剂的类型、装药量及玻璃封接工艺对起爆器承压密封性的影响。综上所述，西方发达国家对激光点火技术的研究开展较早，并且在激光点火的安全性和可靠性方面取得了重要进展。国内经过十多年的研究发展，在激光点火技术进展方面也取得了长足的进步，激光点火光源已从早期的固体激光器发展为半导体激光器，半导体激光器具有体积孝驱动电流孝效率高等特点，而且可通过注入电流精准控制其输出功率；激光点火系统的光路检测结构也从原来的双光纤光路逐步替代为单光纤光路，单光纤光路结构具有光纤数量少、与起爆器接口工艺简单、检测光功率易控制、易于实现反射率测量、安全性高的优点，提高了光路检测的可靠性和系统的安全性，使系统更易实现工程化应用，有很好的发展前景。激光点火系统也从机理研究逐步向工程化迈进。1.3论文的研究内容与论文结构1.3.1研究内容本文设计的激光点火系统是根据中物院XXX研究所需求研制，可用于激光点火和光路连续性检测，具有高安全性、高稳定性、使用方便等特点。根据激光点火系统的功能需求，围绕半导体激光器设计出了具有激光点火和光路检测功能
7第2章激光点火系统的总体结构及光路设计2.1激光点火系统的总体结构根据用户单位的研制要求，激光点火系统需具备激光点火、光路连续性检测、点火信号同步输出、点火时间测量等功能，且具有较高的安全性和可靠性。光路检测结构作为激光点火系统的重要部分，将直接决定系统点火的成败。早期的激光点火系统一般采用双光纤单波长的光路检测结构，在进行光路连续性检测时，检测光功率的稳定性难以控制，检测光也较容易进入到点火药剂中，且双光纤光缆与起爆器接口工艺较为复杂，而单光纤双波长的光路结构具有光纤数量少、检测光功率易控制、易于实现反射率测量、实时检测点火功率、安全性高等优点，很好的弥补了双光纤结构的不足，非常适合在点火系统中应用。除光路检测结构外，激光器驱动模块和系统安保模块也是影响点火系统稳定性和安全性的重要因素，因此还需对这两个功能模块进行系统性研究。根据用户单位对激光点火系统的性能要求和任务书上的功能需求，本文采用单光纤光路结构并围绕半导体激光点火系统，对激光器驱动、光路检测、系统保护等关键技术进行研究。本次设计的总体框图如图2.1所示。图2.1系统总体结构框图Figure2.1Systemoverallstructureblockdiagram本系统光路采用的是单光纤的光路结构，单光纤光路结构中的核心器件为光纤耦合器，光纤耦合器是光纤与光纤之间进行拆卸和连接的器件，它可以精密连半导体激光点火技术的研究与应用
【参考文献】：
期刊论文
[1]激光点火器耐压密封及其影响[J]. 贺爱锋,李骏,曹椿强,祝捷,陈建华,马玥,井波,王浩宇. 装备环境工程. 2019(09)
[2]一种单光路激光点火系统通路分析方法[J]. 叶志鹏,贾睿,吴强,郭闻昊,高雅,李华滨. 湖南大学学报(自然科学版). 2019(04)
[3]大功率红外激光器高效驱动电源设计[J]. 吕燚,高军燕,蒋艺杰. 激光与红外. 2019(03)
[4]激光系统中半导体激光器温度稳定系统研究与设计[J]. 刘熙明,魏旭,窦立刚. 强激光与粒子束. 2019(02)
[5]高精度和高稳定性半导体激光器恒流驱动电源[J]. 田亚玲,李创社,张朝阳. 西安交通大学学报. 2019(03)
[6]纳秒激光驱动的数千电子伏特X射线背光面源特性[J]. 熊俊,安红海,贾果,王伟,王琛,王瑞荣,方智恒,董佳钦,雷安乐. 中国激光. 2017(09)
[7]单管半导体激光器光学系统热特性[J]. 曹银花,张彦,邱运涛,张雨桐,李景,姚磊,刘友强,王智勇. 北京工业大学学报. 2017(07)
[8]GaAs基大功率激光器静电失效现象的研究[J]. 黄欣竹,崔碧峰,郭伟玲,李莎,孔真真,房天啸,郝帅. 激光与红外. 2017(06)
[9]激光点火系统用1×2 MEMS光开关研究[J]. 梅崴,徐宇新,邢朝洋,胡启方,李新坤. 导航与控制. 2017(01)
[10]半导体激光器模块散热特性影响因素分析[J]. 杨宏宇,舒世立,刘林,乔岩欣. 半导体光电. 2016(06)
本文编号：2938518
【文章来源】：中国科学院大学(中国科学院长春光学精密机械与物理研究所)吉林省
【文章页数】：92 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图1.1双光纤、双光源式光路检测结构图
第1章绪论5图1.2单光纤光路检测系统示意图Figure1.2Schematicdiagramofsingleopticalfiberdetectionsystem2017年，梅崴等[45]对大行程1x2MEMS光开关的工作原理、驱动结构以及微加工工艺开展了研究分析，实验测试了光开关插入损耗、响应时间和隔离度等特性，测试结果表明光开关的综合性能符合激光点火系统的实际应用要求。2019年，贺爱锋等[46]通过实验探究了起爆器内点火药剂的类型、装药量及玻璃封接工艺对起爆器承压密封性的影响。综上所述，西方发达国家对激光点火技术的研究开展较早，并且在激光点火的安全性和可靠性方面取得了重要进展。国内经过十多年的研究发展，在激光点火技术进展方面也取得了长足的进步，激光点火光源已从早期的固体激光器发展为半导体激光器，半导体激光器具有体积孝驱动电流孝效率高等特点，而且可通过注入电流精准控制其输出功率；激光点火系统的光路检测结构也从原来的双光纤光路逐步替代为单光纤光路，单光纤光路结构具有光纤数量少、与起爆器接口工艺简单、检测光功率易控制、易于实现反射率测量、安全性高的优点，提高了光路检测的可靠性和系统的安全性，使系统更易实现工程化应用，有很好的发展前景。激光点火系统也从机理研究逐步向工程化迈进。1.3论文的研究内容与论文结构1.3.1研究内容本文设计的激光点火系统是根据中物院XXX研究所需求研制，可用于激光点火和光路连续性检测，具有高安全性、高稳定性、使用方便等特点。根据激光点火系统的功能需求，围绕半导体激光器设计出了具有激光点火和光路检测功能
7第2章激光点火系统的总体结构及光路设计2.1激光点火系统的总体结构根据用户单位的研制要求，激光点火系统需具备激光点火、光路连续性检测、点火信号同步输出、点火时间测量等功能，且具有较高的安全性和可靠性。光路检测结构作为激光点火系统的重要部分，将直接决定系统点火的成败。早期的激光点火系统一般采用双光纤单波长的光路检测结构，在进行光路连续性检测时，检测光功率的稳定性难以控制，检测光也较容易进入到点火药剂中，且双光纤光缆与起爆器接口工艺较为复杂，而单光纤双波长的光路结构具有光纤数量少、检测光功率易控制、易于实现反射率测量、实时检测点火功率、安全性高等优点，很好的弥补了双光纤结构的不足，非常适合在点火系统中应用。除光路检测结构外，激光器驱动模块和系统安保模块也是影响点火系统稳定性和安全性的重要因素，因此还需对这两个功能模块进行系统性研究。根据用户单位对激光点火系统的性能要求和任务书上的功能需求，本文采用单光纤光路结构并围绕半导体激光点火系统，对激光器驱动、光路检测、系统保护等关键技术进行研究。本次设计的总体框图如图2.1所示。图2.1系统总体结构框图Figure2.1Systemoverallstructureblockdiagram本系统光路采用的是单光纤的光路结构，单光纤光路结构中的核心器件为光纤耦合器，光纤耦合器是光纤与光纤之间进行拆卸和连接的器件，它可以精密连半导体激光点火技术的研究与应用
【参考文献】：
期刊论文
[1]激光点火器耐压密封及其影响[J]. 贺爱锋,李骏,曹椿强,祝捷,陈建华,马玥,井波,王浩宇. 装备环境工程. 2019(09)
[2]一种单光路激光点火系统通路分析方法[J]. 叶志鹏,贾睿,吴强,郭闻昊,高雅,李华滨. 湖南大学学报(自然科学版). 2019(04)
[3]大功率红外激光器高效驱动电源设计[J]. 吕燚,高军燕,蒋艺杰. 激光与红外. 2019(03)
[4]激光系统中半导体激光器温度稳定系统研究与设计[J]. 刘熙明,魏旭,窦立刚. 强激光与粒子束. 2019(02)
[5]高精度和高稳定性半导体激光器恒流驱动电源[J]. 田亚玲,李创社,张朝阳. 西安交通大学学报. 2019(03)
[6]纳秒激光驱动的数千电子伏特X射线背光面源特性[J]. 熊俊,安红海,贾果,王伟,王琛,王瑞荣,方智恒,董佳钦,雷安乐. 中国激光. 2017(09)
[7]单管半导体激光器光学系统热特性[J]. 曹银花,张彦,邱运涛,张雨桐,李景,姚磊,刘友强,王智勇. 北京工业大学学报. 2017(07)
[8]GaAs基大功率激光器静电失效现象的研究[J]. 黄欣竹,崔碧峰,郭伟玲,李莎,孔真真,房天啸,郝帅. 激光与红外. 2017(06)
[9]激光点火系统用1×2 MEMS光开关研究[J]. 梅崴,徐宇新,邢朝洋,胡启方,李新坤. 导航与控制. 2017(01)
[10]半导体激光器模块散热特性影响因素分析[J]. 杨宏宇,舒世立,刘林,乔岩欣. 半导体光电. 2016(06)
本文编号：2938518
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