某型光電瞄具激光器壽命試驗(yàn)研究

■ 禹 燁　袁智江　鄒昌帆

某型光電瞄具激光器壽命試驗(yàn)研究

■ 禹 燁袁智江鄒昌帆

某型光電瞄具配合某型榴彈發(fā)射器完成跟蹤、測(cè)距和瞄準(zhǔn)射擊任務(wù)，已大量列裝部隊(duì)。隨著裝備使用年限的增加，該型裝備的使用壽命逐漸成為部隊(duì)關(guān)心的一個(gè)課題，其核心部件就是激光器，本文就該型光電瞄具激光器的壽命展開(kāi)試驗(yàn)研究，通過(guò)數(shù)據(jù)分析和產(chǎn)品解剖，得出了一些有益結(jié)論。

隨著新時(shí)期軍事斗爭(zhēng)準(zhǔn)備的需要，以及武器裝備的更新?lián)Q代，新型光電裝備大量裝備部隊(duì)，并在日常訓(xùn)練及野外駐訓(xùn)、軍事演習(xí)中扮演著重要角色。某型榴彈發(fā)射器光電瞄準(zhǔn)鏡就是這類新型高科技裝備，它集光學(xué)、電子與機(jī)械于一體，集偵察、瞄準(zhǔn)、測(cè)距、裝表功能于一身，是單兵武器家族中的重頭裝備。如此重要的裝備，其性能的可靠性一定備受關(guān)注，因此，本文針對(duì)該光電瞄準(zhǔn)鏡的重要戰(zhàn)技指標(biāo)——激光器壽命，開(kāi)展相關(guān)試驗(yàn)，并進(jìn)行了數(shù)據(jù)分析，得到了有益的啟發(fā)。

1.試驗(yàn)條件及數(shù)據(jù)

試驗(yàn)選用HG-WYK XL DC CC/CV POWER SUPPLY標(biāo)準(zhǔn)電源，自制觸發(fā)計(jì)數(shù)器，NIM-E1000型激光能量計(jì)，激光調(diào)試專用電源，真空火花測(cè)定儀，107JA電子顯微鏡。試驗(yàn)原理框圖如圖1所示：

試驗(yàn)方案：用觸發(fā)計(jì)數(shù)器對(duì)3具產(chǎn)品按每分鐘6次的頻率進(jìn)行激光觸發(fā)，30000次之內(nèi)試驗(yàn)過(guò)程中約每間隔6000次，分別對(duì)3具試驗(yàn)樣機(jī)進(jìn)行性能測(cè)試：激光脈沖能量、測(cè)距能力和準(zhǔn)測(cè)率。30000次之后逐漸減小測(cè)試間隔次數(shù)，直至試驗(yàn)樣機(jī)性能下降。最終保留1具性能完好的樣機(jī)，1具性能臨界的樣機(jī)，1具性能不達(dá)標(biāo)的樣機(jī)，并進(jìn)行部件解剖分析。

測(cè)距次數(shù)達(dá)到30000時(shí)，3具試驗(yàn)樣機(jī)對(duì)4500m標(biāo)準(zhǔn)靶板（最大測(cè)距距離指標(biāo)）能進(jìn)行穩(wěn)測(cè)，測(cè)距精度滿足指標(biāo)要求（±5m），準(zhǔn)測(cè)率＞97%。測(cè)距次數(shù)達(dá)到50000次時(shí)，3具試驗(yàn)樣機(jī)性能測(cè)試仍能滿足指標(biāo)要求。測(cè)距次數(shù)達(dá)到54000次時(shí)，1#、3#試驗(yàn)樣機(jī)性能測(cè)試合格，2#試驗(yàn)樣機(jī)準(zhǔn)測(cè)率下降到97%。其后，對(duì)1#試驗(yàn)樣機(jī)繼續(xù)試驗(yàn)，觸發(fā)到59000次，試驗(yàn)樣機(jī)準(zhǔn)測(cè)率下降到97%，累計(jì)觸發(fā)到70000次，1#試驗(yàn)樣機(jī)準(zhǔn)測(cè)率已下降到50%以下，經(jīng)檢測(cè)，其激光器已不能正常出光。每一階段測(cè)量的試驗(yàn)樣機(jī)激光脈沖能量如表1所示。

2.試驗(yàn)數(shù)據(jù)處理

激光脈沖能量變化對(duì)比如圖2所示。

由圖可見(jiàn)，隨著觸發(fā)次數(shù)的增加，激光脈沖能量在逐漸下降，下降速度在逐漸增加，且三個(gè)試驗(yàn)樣機(jī)激光脈沖能量變化趨勢(shì)基本一致；壽命指標(biāo)內(nèi)（30000次），激光脈沖能量下降不明顯，下降幅度小于20%；激光脈沖能量是影響該瞄具測(cè)距性能關(guān)鍵因素，影響測(cè)距能力的臨界點(diǎn)約為6mJ。

圖1 試驗(yàn)原理框圖

3.試驗(yàn)結(jié)果分析

為了進(jìn)一步分析試驗(yàn)樣機(jī)測(cè)距性能下降的主要原因，對(duì)1#、2#、3#試驗(yàn)樣機(jī)進(jìn)行了分解，經(jīng)測(cè)試臺(tái)檢查，3具試驗(yàn)樣機(jī)的綜合邏輯電路板、放大器板和電源板輸出信號(hào)正常，因此重點(diǎn)對(duì)激光器部件進(jìn)行剖析，其分解圖片如圖3。

該激光器由氙燈、激光棒、諧振腔和調(diào)Q染料片組成，首先對(duì)諧振腔進(jìn)行檢查，未出現(xiàn)失調(diào)，功能正常；其次對(duì)氙燈進(jìn)行高壓放電檢測(cè)，未發(fā)現(xiàn)氣壓下降；激光棒性能較穩(wěn)定，未發(fā)現(xiàn)異常；因此對(duì)調(diào)Q染料片進(jìn)行了重點(diǎn)分析。通過(guò)電子顯微鏡發(fā)現(xiàn)，1#、2#、3#試驗(yàn)樣機(jī)激光器調(diào)Q染料片上均出現(xiàn)激光燒蝕焦斑，其中1#比較嚴(yán)重，如圖4所示。

由此可見(jiàn)，調(diào)Q染料片被激光燒蝕形成焦斑后，造成激光脈沖能量的衰減，進(jìn)而影響了該光電瞄準(zhǔn)鏡的測(cè)距性能。經(jīng)更換調(diào)Q染料片，經(jīng)調(diào)試后，1#、2#試驗(yàn)樣機(jī)測(cè)距能力和準(zhǔn)側(cè)率達(dá)到指標(biāo)要求。由此說(shuō)明，調(diào)Q染料片是該型激光器壽命的薄弱環(huán)節(jié)。

表1　激光脈沖能量記錄表

圖2 能量變化對(duì)比曲線

4.結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)該試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析可得出以下有益結(jié)論：

（1）該類型YAG激光器壽命指標(biāo)30000次是有冗余的，適當(dāng)條件下可以將壽命參數(shù)提高至50000次。

（2）該類型激光器的影響壽命參數(shù)的薄弱環(huán)節(jié)是調(diào)Q染料片，可以通過(guò)更換染料片來(lái)延長(zhǎng)激光器壽命，改進(jìn)設(shè)計(jì)時(shí)可以采用調(diào)Q晶體代替調(diào)Q染料片，以提高激光器的壽命參數(shù)。

（3）隨著觸發(fā)次數(shù)的增加，激光脈沖能量在逐漸下降，下降速度在逐漸增加；激光脈沖能量是影響激光測(cè)距機(jī)測(cè)距能力的主要因素。

本文的試驗(yàn)方法對(duì)其它類型激光器壽命分析研究有廣泛的借鑒意義。

圖3　試驗(yàn)樣機(jī)分解圖片和調(diào)Q染料片圖片

圖4　電子顯微鏡下1#樣機(jī)激光器調(diào)Q染料片圖片

［1］盧永謀，石順詳?shù)?環(huán)形腔氦氖激光器加速壽命試驗(yàn)分析［J］.電子科技，2010（8）.

［2］榮寶輝，王曉燕等.大功率半導(dǎo)體激光器加速壽命測(cè)試方法［J］.半導(dǎo)體技術(shù)，2008， 33（4）.

［3］馬永波，彭述明等，影響高功率脈沖氙燈壽命的因素［J］.強(qiáng)激光與粒子束，2010，22（10）.

（作者單位：總裝駐揚(yáng)州地區(qū)軍代室）