Common aperture optical system of single photon laser and medium wave infrared

Hong-bo WU; Xin ZHANG; Ling-jie WANG; Lei YAN; Guang-wei SHI

doi:10.37188/OPE.20212906.1260

您当前的位置：

首页 >

文章列表页 >

Common aperture optical system of single photon laser and medium wave infrared

Optoelectronic Contermeasures Technology | 更新时间：2021-07-03

- Common aperture optical system of single photon laser and medium wave infrared
- Optics and Precision Engineering Vol. 29, Issue 6, Pages: 1260-1269(2021)
- 作者机构：
  
  1.中国科学院长春光学精密机械与物理研究所，吉林长春 130033
  2.中国科学院大学，北京 100049
- 作者简介：
  
  E-mail：sgwzhy@126.com
- 基金信息：
- DOI：10.37188/OPE.20212906.1260
  CLC： O439;TH745
- Received：31 December 2020，
  
  Revised：25 February 2021，
  
  Published：15 June 2021
- 稿件说明：
移动端阅览
吴洪波,张新,王灵杰等.单光子激光与中波红外共口径探测光学系统[J].光学精密工程,2021,29(06):1260-1269.

WU Hong-bo,ZHANG Xin,WANG Ling-jie,et al.Common aperture optical system of single photon laser and medium wave infrared[J].Optics and Precision Engineering,2021,29(06):1260-1269.
吴洪波,张新,王灵杰等.单光子激光与中波红外共口径探测光学系统[J].光学精密工程,2021,29(06):1260-1269. DOI： 10.37188/OPE.20212906.1260.

WU Hong-bo,ZHANG Xin,WANG Ling-jie,et al.Common aperture optical system of single photon laser and medium wave infrared[J].Optics and Precision Engineering,2021,29(06):1260-1269. DOI： 10.37188/OPE.20212906.1260.

摘要

为了实现对远距离民航飞机目标的探测、跟踪和测距，设计并研制了一套单光子激光与中波红外共口径探测光学系统。阐述了激光/红外共口径探测系统的工作原理和单光子激光测距原理，对目标辐射特性、系统作用距离及口径等进行了分析。采用R-C光学系统型式，通过次镜进行分色，实现激光和中波红外双波段光学系统的汇聚光路分色设计。在单光子激光光路中设置小孔光阑，通过仿真分析验证了小孔光阑的杂光抑制能力。通过高精度装调和视轴标定，激光/红外共口径探测系统具备良好的成像质量，中波光路实测调制传递函数达0.28（@20 lp/mm）。利用原理样机完成了对民航飞机的外场探测实验，实验结果表明，该系统可实现对远距离民航飞机的有效探测和跟踪，探测距离达225 km以上，可满足航空、航天及地面探测领域对远距离目标的预警探测和测距需求。

Abstract

A medium-wave-infrared （MWIR） and single-photon-laser common-aperture optical system was developed to realize target detection， tracking， and ranging of long-distance civilian aviation aircraft. In this study， the working principle of the laser/infrared common-aperture system was presented， and the target radiation characteristics， system operating range， and size of the aperture were analyzed. An R-C optical system with a dichroic lens as a secondary mirror was used to realize the dichroic design of the common-aperture system. A small aperture was set in the path of the single-photon laser， and the stray light suppression of the aperture was verified by modeling and simulation. High-precision assembly and line-of-sight calibration revealed that the laser/MWIR common-aperture optical system exhibited high-quality imaging. The modulation transfer function of the laser/MWIR optical system was measured to be 0.28（@20lp/mm. The prototype was used to detect and track a civilian aviation aircraft， and the results of the experiment revealed that the range of the common-aperture system exceeded 225 km. The proposed device can satisfy the application requirements for early warning and ranging of long-distance targets in aviation， aerospace， and ground detection.

关键词

Keywords

references

ZHANG L Z ， LAI J J ， HUANG Y . Design of visible/long-wave infrared dual-band imaging optical system ［C］. Advanced Optical Design and Manufacturing Technology and Astronomical Telescopes and Instrumentation . Beijing， China. SPIE ， 2016 ， 1015 ： 101540V .

MA Z P ， WANG H ， SHEN Y ， et al . Design of visible light / LWIR dual-band common aperture imaging optical system ［C］. Proc SPIE 11341 ， AOPC 2019： Space Optics ， Telescopes ， and Instrumentation ， 2019 ， 1134 ： 113410I .

陈国强，秦晓科，李莹柯，等 . 红外/激光/毫米波共孔径光学系统设计［J］. 电光与控制， 2020 ， 27 （ 4 ）： 98 - 102 .

CHEN G Q ， QIN X K ， LI Y K ， et al . Optical design of an IR/SAL/MMW system with common aperture ［J］. Electronics Optics & Control ， 2020 ， 27 （ 4 ）： 98 - 102 . （in Chinese）

胡伟伟，李永亮，顾小琨，等 . 远程激光测距技术及其进展［J］. 激光与红外， 2019 ， 49 （ 3 ）： 273 - 281 .

HU W W ， LI Y L ， GU X K ， et al . Remote laser ranging technology and its development ［J］. Laser & Infrared ， 2019 ， 49 （ 3 ）： 273 - 281 . （in Chinese）

宋盛 . 红外与激光双模复合探测关键技术研究［D］. 上海：中国科学院上海技术物理研究所， 2017 .

SONG SH . Research on Key Technologies of Infrared and Laser Dual-mode Compound Detection ［D］. Shanghai ： Shanghai Institute of Technical Physics ， Chinese Academy of Sciences ， 2017 . （in Chinese）

王哲 . 激光与红外复合探测技术研究［D］. 西安：西安工业大学， 2013 .

WANG ZH . The Research of the Laser Scanning and Infrared Compound Detection ［D］. Xi'an ： Xi'an Technological University ， 2013 . （in Chinese）

丛海佳 . 大视场高分辨率红外/激光复合光学系统设计［D］. 哈尔滨：哈尔滨工业大学， 2013 .

CONG H J . Complex Optical System Design for Infrared/Laser with Large Field of View and High Resolution ［D］. Harbin ： Harbin Institute of Technology ， 2013 . （in Chinese）

王锐 . 激光红外主被动复合导引系统［J］. 中国光学， 2013 ， 6 （ 4 ）： 536 - 543 .

WANG R . Compound guided system with active laser imaging and passive infrared imaging ［J］. Chinese Optics ， 2013 ， 6 （ 4 ）： 536 - 543 . （in Chinese）

LIU X ， CHANG J ， FENG S ， et al . Optical design of common-aperture multispectral and polarization optical imaging system with wide field of view ［J］. Chinese Physics B ， 2019 ， 28 （ 8 ）： 084201 .

李艳杰，金光，张元，等 . 成像与激光发射系统的共口径设计与实验［J］. 中国光学， 2015 ， 8 （ 2 ）： 220 - 226 .

LI Y J ， JIN G ， ZHANG Y ， et al . Co-aperture optical system for imaging and laser transmitting ［J］. Chinese Optics ， 2015 ， 8 （ 2 ）： 220 - 226 . （in Chinese）

尹娜，张运强 . 激光主动/红外共口径复合成像光学系统设计［J］. 红外技术， 2016 ， 38 （ 1 ）： 77 - 80 .

YIN N ， ZHANG Y Q . Design of an active laser/infrared common aperture compound imaging optical system ［J］. Infrared Technology ， 2016 ， 38 （ 1 ）： 77 - 80 . （in Chinese）

张洪伟，丁亚林，马迎军，等 . 红外双波段双视场成像告警系统设计［J］. 光学精密工程， 2020 ， 28 （ 6 ）： 1283 - 1294 .

ZHANG H W ， DING Y L ， MA Y J ， et al . Design of infrared dual-band/dual-FOV imaging early warning system ［J］. Optics and Precision Engineering ， 2020 ， 28 （ 6 ）： 1283 - 1294 . （in Chinese）

罗远，贺岩，耿立明，等 . 基于光子计数技术的远程测距激光雷达［J］. 中国激光， 2016 ， 43 （ 5 ）： 0514001 .

LUO Y ， HE Y ， GENG L M ， et al . Long-distance laser ranging lidar based on photon counting technology ［J］. Chinese Journal of Lasers ， 2016 ， 43 （ 5 ）： 0514001 . （in Chinese）

潘世光 . 基于光子计数的远程激光测距技术研究［D］. 上海：东华大学， 2020 .

PAN SH G . Research on Remote Laser Ranging Based on Photon Counting ［D］. Shanghai ： Donghua University ， 2020 . （in Chinese）

柴世杰，童中翔，李建勋，等 . 典型飞机红外辐射特性及探测仿真研究［J］. 火力与指挥控制， 2014 ， 39 （ 8 ）： 26 - 29， 33 .

CHAI SH J ， TONG ZH X ， LI J X ， et al . Infrared radiation characteristics and detection of stealth aeroplane ［J］. Fire Control & Command Control ， 2014 ， 39 （ 8 ）： 26 - 29， 33 . （in Chinese）

王超哲，童中翔，芦艳龙，等 . 飞机红外辐射特性及其探测技术研究［J］. 激光与红外， 2011 ， 41 （ 9 ）： 996 - 1001 .

WANG CH ZH ， TONG ZH X ， LU Y L ， et al . Study on the airplane's infrared radiation characteristics ［J］. Laser & Infrared ， 2011 ， 41 （ 9 ）： 996 - 1001 . （in Chinese）

康丽珠，赵劲松，李振华，等 . 飞机目标红外辐射特性研究现状概述［J］. 红外技术， 2017 ， 39 （ 2 ）： 105 - 115， 124 .

KANG L ZH ， ZHAO J S ， LI ZH H ， et al . The overview of the research work developments on infrared signature of aircrafts ［J］. Infrared Technology ， 2017 ， 39 （ 2 ）： 105 - 115， 124 . （in Chinese）

王卫杰，黄俭，袁光福，等 . 空基红外系统作用距离建模及应用分析［J］. 光学精密工程， 2020 ， 28 （ 6 ）： 1295 - 1302 .

WANG W J ， HUANG J ， YUAN G F ， et al . Modeling and application analysis of operating range of air-based infrared system ［J］. Optics and Precision Engineering ， 2020 ， 28 （ 6 ）： 1295 - 1302 . （in Chinese）

周晓斌，孙浩，原琦，等 . 一种折反式红外/激光复合导引头光学系统设计［J］. 应用光学， 2019 ， 40 （ 6 ）： 987 - 992 .

ZHOU X B ， SUN H ， YUAN Q ， et al . Design of catadioptric infrared/laser compound seeker optical system ［J］. Journal of Applied Optics ， 2019 ， 40 （ 6 ）： 987 - 992 . （in Chinese）

吕博，刘伟奇，董得义 . 同轴大压缩比大相对孔径相机的光学系统设计［J］. 光学精密工程， 2020 ， 28 （ 8 ）： 1651 - 1660 .

LÜ B ， LIU W Q ， DONG D Y . Optical system design for coaxial camera with large compression and large relative aperture ［J］. Optics and Precision Engineering ， 2020 ， 28 （ 8 ）： 1651 - 1660 . （in Chinese）

JEONG D ， LEE J H ， JEONG H ， et al . Infrared dual-field-of-view optical system design with electro-optic/laser common-aperture optics ［J］. Current Optics and Photonics ， 2018 ， 2 （ 3 ）： 241 - 249 .

项建胜，潘国庆，孟卫华 . 一种激光与红外复合光学系统设计［J］. 激光与红外， 2018 ， 48 （ 1 ）： 104 - 108 .

XIANG J SH ， PAN G Q ， MENG W H . Design of laser and infrared compound optical system ［J］. Laser & Infrared ， 2018 ， 48 （ 1 ）： 104 - 108 . （in Chinese）

Views

608

下载量

CSCD

Alert me when the article has been cited

提交

Tools

Publicity Resources

Design of low temperature infrared off-axis three-mirror collimation system

Development of monitoring device for laser direction with small volume and long focus

Design of optical system for laser fusion shock velocity measurement

Optical system of bionic compound eye with large field of view

Design and implementation of optical system for corneal cross-linking device

Related Author

WU Qingwen

HAN Hasiaoqier

LI Zhisheng

LU Zhenyu

ZHANG Xingxiang

SHEN Junli

LI Wenxiong

Chang-bo CHEN

Related Institution

Beijing Leyfond Vacuum Tech.co.， LTD

CAS Key Laboratory of On-orbit Manufacturing and Integration for Space Optics System

Xuchang Vocational Technical College

Graduate School of the Chinese Academy of Sciences

Xi’an Institute of Optics and Fine Mechanics， Chinese Academy of Sciences

AI问答

Address：No.3888 Dong Nanhu Road, Changchun, Jilin, China Postal code：130033
Tel：0431-86176855 Email：gxjmgc@ciomp.ac.cn
Technical support is provided by Beijing Founder electronics co., LTD 吉ICP备11002662号-17 京公网安备11010802024621
It is recommended to read the content of this site in Chrome&IE9+. Please switch to extreme mode in browser 360.
Cookies We use cookies to help provide and enhance our service and tailor content. By continuing, you agree to the use of cookies.

⁰