Лазерная система для получения высоких, соответственно компактных, плотностей мощности на объекте

Группа изобретений относится к системе оружия и способу повреждения/разрушения удаленного объекта системой оружия с высокой мощностью, чтобы повреждать и/или разрушать удаленные объекты. Система содержит по меньшей мере одну систему управления огнем по меньшей мере один радиолокатор по меньшей мере одно устройство анализа и обработки, два или несколько лазерных оружий. Лазерные оружия могут находиться на расстоянии друг от друга и каждое состоит из активного лазера, телескопа в качестве собственной оптики по меньшей мере одного качающегося зеркала, одного деформируемого зеркала, устройства анализа и контроля, в котором имеется адаптивная оптика, система точного отображения и оптическое устройство в системе оружия централизовано или в лазерном оружии и по меньшей мере одно качающееся зеркало, а также деформируемое зеркало включены в путь лазерного луча. Способ повреждения/разрушения заключается в следующем: обнаруживают объект, передают информацию системе управления огнем, активируют систему точного отображения, с помощью устройства точного сопровождения цель перемещают для каждого лазерного оружия в середину его оптики, затем цель облучают лазером, который направляет соответствующий активный лазер и тем самым каждое лазерное оружие на отражение, посредством системы управления перепроверяют и активируют активный лазер, благодаря чему несколько отдельных лучей генерируются и направляются на общую точку на объекте. Достигается возможность реализации высокоэнергетической лазерной системы, которая достигает компактной плотности мощности на объекте. 2 н. и 12 з.п. ф-лы, 6 ил.

 

Изобретение касается реализации высокой плотности мощности на удаленных объектах, чтобы на них можно было воздействовать и/или их разрушить. Основываясь на этом в лазерной системе с высокой мощностью, предусмотрено применение очень хорошего качества луча.

Лазеры классифицируются и соответственно подразделяются на низкоэнергетические лазеры, среднеэнергетические лазеры, высокоэнергетические лазеры.

Способ адаптивного управления лучом среднеэнергетического лазерного оружия описывается в публикации DE 19804720 В4. Среднеэнергетическое оружие имеет среднеэнергетический лазер и устройство управления с инфракрасной камерой, вычислительное устройство и регуляторы мощности лазера, причем, для установки необходимого диаметра луча лазера на цели, на этапе измерения направляется лазерный луч с первоначально низкой мощностью лазерного луча, которая затем поступательно повышается до максимально возможной мощности луча.

Устройство с лазерной установкой для облучения цели является предметом DE 10252685 В4. Лазерная установка состоит со своей стороны из генерирующе-усилительной системы, которая в первом режиме работы может применяться в области низкой энергии как лазер целеуказания, и во втором режиме работы, как высокоэнергетический лазер.

Другие лазерные системы описываются в ЕР 0980123 А2, ЕР 1041686 А2, а также в US 4867534 А.

В ЕР 1730822 В раскрыт гибридный лазерный источник, который масштабируем, чтобы сформировать выходной луч высокой мощности с хорошим качеством луча. Лазерный источник включает при этом среди прочего твердотельный лазерный усилитель, установку оптоволоконных лазерных усилителей, фазовые и поляризационные датчики, а также средство для управления фазой и поляризацией элементов установки оптоволоконных лазерных усилителей и т.д.

Высокоэнергетические лазеры обладают хорошим качеством луча только в области мощности примерно до 10 кВт. Вследствие этого, высокоэнергетические лазеры, например с лазерными мощностями более 20 кВт и с хорошим качеством луча, сложно реализовать. Далее пороги разрушения для оптических компонентов ограничивают максимально допустимую мощность лазера для заданной апертуры.

Из DE 102007049436 B4 известна лазерная оптико-волоконная установка высокой лучевой мощности, которая состоит из множества непрерывно работающих когерентных отдельных оптико-волоконных лазеров, к которым разветвлением подводится энергия накачки в отдельные оптико-волоконные лазеры от общего, работающего в продольном режиме основного генератора или от волоконного сплиттера (разделителя). Излучение, покидающее оптоволоконный массив, направлено на цель или точку прицеливания, причем соответствующие фазовые различия в отдельных волоконно-лазерных ответвлениях определены и в электронной аппаратуре регулирования для регулирования оценены, чтобы достичь оптимальной фазовой синхронизации волоконных ответвлений оптоволоконного лазерного массива для интенсивности излученного лазерного луча в точке прицеливания.

Задача изобретения состоит в создании устройства и способа, посредством которых возможно реализовать высокоэнергетическую лазерную систему, которая достигает компактной плотности мощности на объекте.

Указанная задача решается признаками пунктов 1 соответственно 9 формулы изобретения. Предпочтительные варианты осуществления представлены в зависимых пунктах формулы изобретения.

Основной идеей изобретения является распределение мощности на несколько лазеров и их геометрическое наложение на цели так, чтобы в сумме на цели достигалась общая плотность мощности всех отдельных плотностей мощности. То есть предусмотрено создать необходимую плотность мощности через две или несколько отдельных лазерных систем (лазерных каналов), соответственно небольших блоков, которые так синхронизированы между собой (например, посредством спектральной или оптической решетки), что они создают половинную (Х/2), третью (Х/3) или четвертую (Х/4) часть и так далее необходимой, соответственно требуемой плотности лазерного луча при хорошем качестве излучения, которая на цели геометрически накладывается (суммарная картинка), чтобы воздействовать на объект/цель полной плотностью мощности (фиг.5). Если при этом используются только две лазерные системы-канала, то каждый канал должен приносить повышенную мощность в сравнении со случаем, когда сопряжены три, четыре или большее количество каналов.

Для оптимального геометрического наложения применяется система подсветки, предпочтительно лазер, который маркирует на объекте облучаемую область. Отражение сигнала подсветки от объекта регистрируется лазерной системой, предпочтительно с помощью того же телескопа, соответственно оптической системы, через которую должен излучаться лазерный луч. Путем наведения телескопа на отражение, соответственно с помощью системы точного сопровождения гарантируется, что лазерные лучи облучают маркированную область и таким образом повышают плотность мощности в маркированной области. Таким образом, к тому же могут компенсироваться дополнительно атмосферные изменения первого порядка.

Лазер подсветки может работать в основном в двух режимах работы: непрерывном (CW), импульсном. В непрерывном режиме работы длина волны лазера подсветки должна отличаться от длины волны лазерной системы, при этом в лазерной системе для анализа может быть произведено разделение отражения сигнала лазера подсветки от сигнала лазерной системы.

В импульсном режиме работы как лазер подсветки, так и лазерная система имеют одинаковые длины волн. За счет искусственного импульсного режима работы как у лазера подсветки, так и у лазерной системы обеспечивается то, что лазерная система анализирует только отражение лазера подсветки (лазер подсветки излучает, лазерная система принимает).

Каждый из двух или нескольких лазерных каналов комбинируются в комбинированную конструкцию/решетку для лазерного луча. Альтернативно возможна наряду со спектральной синхронизацией также геометрическая или фазовая синхронизация. Падающие на решетку лучи так синхронизируются и снова рассинхронизируются, что они, излученные через оптическую систему, например телескоп, попадают на цель (объект) совместно. Если предусмотрены другие лазерные каналы, то при этом полученный луч также наводится на цель, причем он геометрически перекрывается на цели с лучом другого лазерного канала. Это имеет место затем также на других каналах. За счет геометрического наложения повышается мощность на цели.

На одну решетку могут быть направлены два или несколько блоков (мощностей). Количество наводимых блоков при этом зависит от возможности по мощности решетки. Лазер (блок) и решетка со своей стороны кратны совместной системе с возможностью сведения и с другой стороны с возможностью наведения на совместное зеркало. Решетка может иметь диэлектрическую или также оптическую природу, чтобы сделать возможным спектральную синхронизацию.

Показано, что лазерные системы, соответственно блоки, могут быть установлены непосредственно один возле другого или на некотором удалении друг от друга. Удаление в несколько сотен метров при этом не представляет проблему. Каждая лазерная система располагает при этом, наряду с собственным лазерным источником, собственным телескопом и предпочтительно собственным устройством сопровождения.

Технический результат для лазерной системы или для лазерного оружия заключается в том, чтобы вместо отдельной апертуры большого диаметра распределить общую апертуру на несколько небольших апертур, которые, как правило, содержат такие же компоненты.

Ключевыми компонентами для функционального способа работы лазерной системы, в особенности такой, как лазерное оружие или оружейный лазер, являются система разведки, например радиолокатор, устройство получения подробного изображения для выявления уязвимых точек цели, устройство грубого и устройство точного сопровождения, устройство формирования луча, лазер подсветки и собственно высокоэнергетический лазер - источник лазерного излучения. Каждый из небольших блоков располагает этими компонентами, причем лазер подсветки, радиолокатор и устройство получения подробного изображения не обязательно должны иметься в каждом блоке. Децентрализованное сопряжение лазера подсветки, радиолокатора, устройства получения подробного изображения для всех блоков также возможно. Это делает возможным модульный характер блоков, с помощью которых система/оружие может быть построено подобно модулям. Два или несколько блоков могут быть объединены в один модуль. Также эти модули могут объединяться в другие модули.

Эти маленькие блоки могут, как уже упоминалось, со своей стороны заменяться на небольшие блоки с вышеупомянутыми компонентами. При этом будет возможным прибегнуть к всегда простым и обычным и при этом легко находящимся в распоряжении компонентам. Гибкость системы/оружия повышается. К тому же модули сами являются в принципе малогабаритным, легким, соответственно компактным, оружием. При выходе из строя небольшого блока система/оружие обладает способностью функционировать, хотя и с меньшей мощностью.

Поскольку блоки могут к тому же быть размещены на удалении, они распределяемы на нескольких местах, так например, также на нескольких автомашинах и т.д. Эти блоки могут на местах также подключаться к высокоэнергетической лазерной системе только посредством наведения на цель. Мощность на местах может также варьироваться посредством количества боевых единиц. Так несколькими обычными отдельными лазерами, например, с мощностью только 5 кВт, можно произвести луч, кратный пяти, например 20 кВт и более. Создание лазерного луча мощностью около 100 кВт и более при хорошем качестве луча отдельного лазера реализуемо вследствие этого простым способом.

Предложенное обеспечивает наряду с сокращением времени реализации для лазерного оружия также уменьшение стоимости, поскольку могут применяться небольшие (выходные) апертуры. При этом идея не ограничивается высокоэнергетическими лазерными системами. Более того, эта идея может быть перенесена также на низкоэнергетические лазеры и среднеэнергетические лазеры.

Посредством имеющейся идеи находится также решение, в особенности для получения высокой мощности посредством n* X отдельных лазеров с одной апертурой и выборочно предоставленных в распоряжение. Предложено наложение мощности на объекте путем изменяемых удалений (отдельного) телескопа лазерной системы.

Посредством примеров осуществления, представленных на чертежах, изобретение поясняется подробнее.

Показано:

фиг.1 - эскизное изображение основного принципа устройства для создания лазера с достаточной мощностью;

фиг.2 - дальнейшая форма подсоединения нескольких отдельных лазеров к общей или частичной лазерной системе;

фиг.3 - основные компоненты для системы оружия;

фиг.4 - изображение лазерного оружия для системы оружия согласно фиг.3, (только высокоэнергетический лазер (HEL), адаптивная оптика (АО), отсутствуют устройство получения подробного изображения, устройство грубого сопровождения, радиолокатор, устройство анализа, система управления огнем);

фиг.5 - основополагающее изображение основной идеи.

Фиг.1а, б представляют упрощенное изображение основного принципа устройства 1 для реализации (высокоэнергетического) лазера. Это устройство 1 также может быть использовано для обработки материала, например, на большом удалении, при котором к тому же объект движется. При этом лазер 1 образован посредством двух отдельных лазеров 2, 3 или нескольких отдельных лазеров 4-7. Лучи 50 отдельных лазеров 2, 3, 4, 5, 6, 7 проектируются на цель 15 и на ней геометрически налагаются так, что на цели 15 создается лазерная мощность примерно около 40 кВт двумя лазерами 2, 3 с мощностью каждого соответственно около 20 кВт или четырьмя лазерами 4-7 мощностью около 10 кВт и т.д.

Отдельные лазеры 2-7 со своей стороны могут также состоять из двух или нескольких отдельных лазеров 8, 9, 10, 11 и т.д. (фиг.2). Лучи (например, 5 кВт), исходящие из предварительного усилителя 12, направляются через зеркало 32 и оттуда на совместную решетку 13. От решетки 13 луч 50, полученный на решетке 13, излучается в направлении цели.

С использованием этого основного принципа теперь будет создано лазерное оружие, соответственно система 100 оружия. Сама система 100 оружия имеет при этом, наряду с системой 101 управления огнем и радиолокатором 102, устройство 103 анализа и обработки, а также две или несколько систем лазерного оружия 20. Кроме того, предусмотрено, предпочтительно, центральное устройство 104 грубого сопровождения, которое осуществляет грубую ориентацию отдельного лазерного оружия 20 на цель/объект 15.

Отдельное лазерное оружие 20 состоит со своей стороны по меньшей мере из основных компонент (активного) лазера 21 и собственного (приемного и активного) телескопа 25 (также с различными диаметрами лучей), а также, в этой форме осуществления изобретения, включает один собственный телескоп 26 подсветки и лазер 27 подсветки. Альтернативно лазер с телескопом подсветки может действовать также для всех лазерных систем оружия 20, включенных в систему 100 оружия. К тому же, каждое лазерное оружие 20 имеет адаптивную оптику 22, систему 23 точного отображения, а также оптическое устройство 24 точного сопровождения. Каждое лазерное оружие 20 обладает далее по меньшей мере одним качающимся плоским зеркалом 28, а также одним деформируемым зеркалом 29 (например, часть адаптивной оптики 22), включенным в путь лазерного луча. Датчик волнового фронта 30 служит как известно для улучшения качества луча активного лазера 21. Не изображены подробно другие ССД-камеры (камеры с зарядной связью), предпочтительно с большим углом обзора (FOV). Устройство 31 анализа и управления дополняет лазерное оружие 20. Функциональные подключения названных компонент можно уяснить из фиг.3.

Для создания стационарного лазерного оружия 20 другое зеркало 32 включено, которое служит для направления луча внутри оружия 20.

Функционирование системы 100 оружия описано просто, как следует далее.

Посредством радиолокатора обнаруживается объект 15 и эта информация известным образом выдается на систему 101 управления огнем. После этого может активироваться система 6 отображения, чтобы получить достаточную информацию для поражения по уязвимым точкам на цели 15. Посредством системы 7 точного сопровождения цель 15 попадает для каждого оружия 20 в середину ее оптики. Цель 15 после этого лазером 27 подсветки облучает каждое оружие 20, соответствующий активный лазер 21 и, при этом, направляет каждое лазерное оружие 20 на отражение. Все системы лазерного оружия 20 при этом видят одно и то же отражение и оси лазерных лучей направляются на одно и то же пятно на объекте 15. Проверка осуществляется посредством системы управления огнем, которая затем активирует активные лазеры 21, несколько лучей 50 генерируются и направляются на общую точку на объекте 15, которые на этом месте таким образом налагаются, что достигается необходимая плотность мощности на объекте 15, и он соответственно повреждается и/или разрушается.

Лазерный луч каждого лазерного оружия (системы) 20 подвергается при этом собственному атмосферному влиянию. Это, однако, может быть устранено за счет собственного качающегося плоского зеркала 28 и в случае необходимости за счет собственного деформируемого зеркала 29 так, что достигается точное наложение лучей 50 лазерного оружия 20 на цели 15.

Если несколько лазеров подсветки и несколько лазерных систем оружия 20 направлены на цель 15, то возможно разделение лазерной мощности на различные цели. В течение определенного промежутка времени отдельные лазерные системы оружия 20 направлены на цель 15. Затем некоторые лазерные системы оружия 20 могут быть заблаговременно перенаправлены на новую цель и, таким же образом, эти системы лазерного оружия (группы) 20 могут направляться соответствующим лазером подсветки.

Для различия каждого лазера подсветки они могут излучать с различной длиной волны, соответственно модуляцией (входной/выходной, амплитудной модуляцией). В системе анализа для лазера подсветки затем применяются соответствующие технологии разделения, чтобы различить друг от друга отдельные лазеры подсветки.

1. Система оружия, содержащая по меньшей мере одну систему управления огнем по меньшей мере один радиолокатор по меньшей мере одно устройство анализа и обработки, а также два или несколько лазерных оружий, которые могут находиться на расстоянии друг от друга, состоящих из активного лазера, телескопа в качестве собственной оптики, по меньшей мере, одного качающегося зеркала, одного деформируемого зеркала, а также устройства анализа и контроля, причем имеется адаптивная оптика, система точного отображения и оптическое устройство в системе оружия централизовано или в лазерном оружии и, по меньшей мере, одно качающееся зеркало, а также деформируемое зеркало включены в путь лазерного луча.

2. Система по п.1, отличающаяся тем, что два или несколько отдельных лазеров образуют лазерное оружие и создают соответственно отдельный луч и отдельные лучи отдельных лазеров проецируются на цель и на ней геометрически налагаются.

3. Система по п.1, отличающаяся тем, что имеется, предпочтительно, центральное устройство грубого сопровождения.

4. Система по п.1, отличающаяся тем, что расстояние между лазерным оружием может составлять несколько сотен метров.

5. Система по п.1, отличающаяся тем, что имеется датчик волнового фронта.

6. Система по любому из пп.1-5, отличающаяся тем, что лазерное оружие содержит телескоп подсветки, а также лазер подсветки.

7. Система по любому из пп.1-5, отличающаяся тем, что лазер подсветки и телескоп подсветки размещены децентрализованно для всех лазерных оружий, включенных в систему оружия.

8. Система по любому из пп.1-5, отличающаяся тем, что оптика телескопа имеет различные диаметры луча.

9. Способ повреждения/разрушения удаленного объекта системой оружия согласно любому из пп.1-8, в котором обнаруживают объект, передают эту информацию системе управления огнем, активируют систему точного отображения, с помощью устройства точного сопровождения цель перемещают для каждого лазерного оружия в середину его оптики, затем цель облучают лазером подсветки каждого лазерного оружия, который направляет соответствующий активный лазер и тем самым каждое лазерное оружие на отражение, посредством системы управления перепроверяют и активируют активный лазер, благодаря чему несколько отдельных лучей генерируются и направляются на общую точку на объекте.

10. Способ по п.9, отличающийся тем, что отдельные лучи создают посредством геометрической, или спектральной, или фазовой синхронизации.

11. Способ по п.9 или 10, отличающийся тем, что отдельные лучи, исходящие из предварительного усилителя, направляются через зеркало и оттуда на совместную решетку и с решетки отдельный луч, полученный на решетке, излучается в направлении объекта.

12. Способ по п.9, отличающийся тем, что собственные атмосферные повреждения устраняют посредством собственного качающегося плоского зеркала и, при необходимости, посредством собственного деформируемого зеркала.

13. Способ по п.9, отличающийся тем, что для различия каждого лазера подсветки их излучают с различной длиной волны, соответственно модуляцией, а именно входной/выходной, амплитудной модуляцией.

14. Способ по любому из пп.9, 10, 12, 13, отличающийся тем, что при нескольких лазерах подсветки и нескольких лазерах оружий возможно разделение лазерной мощности на различные объекты.