王殿湘，尹國福，賀愛鋒，陳建華，李黎明

（1.海軍駐西安彈藥專業(yè)軍事代表室，陜西 西安，710043；2.陜西應用物理化學研究所 應用物理化學國家級重點實驗室，陜西 西安，710061）

隨著激光點火技術的不斷發(fā)展，以及武器、航空、航天等領域的需求，激光單點點火已不能滿足需要，在開展激光多點點火技術研究的同時，國內外為了提高激光點火系統(tǒng)可靠性，在系統(tǒng)自檢方面也展開了相應的研究。1993年Jacobs、Richard采用兩種不同波長的激光即完成了傳輸網絡的光路完整性檢測[1]；1998年美國Wood,Lance A等人提出了一種基于PBIT(Photoluminescence built-in-test)的方案[2]；2005年美國國家航天航空局發(fā)布的標準AIAA-S-113-2005《發(fā)射和空間飛行器用爆炸系統(tǒng)和裝置鑒定》中要求激光火工品應采用系統(tǒng)嵌入式自檢，而且檢測激光脈沖與起爆激光脈沖的波長應有所不同[3]。1998年Mark F.Folsom的美國專利USP 5914458[4]和2002年太平洋科技Quantic公司開發(fā)的光通路連續(xù)性檢測裝置系統(tǒng)[5]采用了雙光纖（包括發(fā)火光纖和探測光纖）單波長的檢測方法。

目前，陜西應用物理化學研究所已開展了激光多點點火系統(tǒng)研究以及系統(tǒng)檢測的探索性研究[6-7]，航天692廠聯(lián)合復旦大學光纖研究中心采用光纖傳像原理設計了內窺式光纖成像激光點火檢測系統(tǒng)[8]，其不足之處在于未實現(xiàn)對系統(tǒng)光路完整性的定量檢測，而且設計結構復雜、體積較大。

本文針對激光點火系統(tǒng)可能因光纖折斷、端面污染、光開關損壞等而出現(xiàn)發(fā)火光路的不完整，致使系統(tǒng)可靠性降低的問題，建立了具有自診斷檢測功能的激光點火系統(tǒng)，實現(xiàn)激光多點點火系統(tǒng)的同步定量檢測，對激光點火系統(tǒng)在武器系統(tǒng)中的應用具有重要意義。

1 激光多點點火檢測系統(tǒng)

激光多路點火系統(tǒng)主要由控制器、雙波長半導體激光器模塊、分束器、光纖連接器、雙光纖、激光點火器以及多路檢測系統(tǒng)構成，如圖1所示。雙光纖作用原理如圖2所示。

圖1 具有自檢功能的激光多點點火系統(tǒng)Fig.1 Laser multi-point initiation system with built-in test

圖2 雙光纖光學器件作用原理圖Fig.2 Principle of dual fiber optical device

2 雙光纖雙波長工作模式檢測實驗

本文以雙波長工作模式實現(xiàn)激光多點點火系統(tǒng)的同步檢測，實驗采用980nm大功率的激光作為激光火工品的發(fā)火光源，采用1 310nm小功率的激光作為激光多點點火系統(tǒng)的檢測光源，其輸出功率必須小于激光點火器最大不發(fā)火功率的1/100[3]。實驗采用B/KNO3自聚焦激光點火器，其最大不發(fā)火功率為40mW，因此，1 310nm檢測激光的輸出功率最大不超過400μW，否則會在系統(tǒng)檢測階段出現(xiàn)意外發(fā)火。自聚焦激光點火器的耦合窗口（自聚焦透鏡）處鍍有對980nm大功率發(fā)火激光全透射，對1 310nm小功率檢測激光全反射的分色濾光膜，其透過率如圖3所示。

在進行自診斷檢測時，測試出雙光纖中發(fā)火光纖端輸入至每個自聚焦激光點火器耦合窗口處的光功率Pout1以及每個自聚焦激光點火器耦合窗口反射到雙光纖中反饋光纖的光功率Pout2，由于實驗采用的分束器為均勻分束器，且傳輸光纖的損耗很低，可忽略不計，因此輸入至每個自聚焦激點火器的光功率Pout1相等，實驗原理樣機如圖4所示，結果見表1。

表1 雙光纖雙波長工作模式檢測實驗數(shù)據(jù)表Tab.1 Dual-fiber dual-wavelength model test data

圖3 分色濾光膜透過率曲線Fig.3 Transmission rate curve of color filter film

圖4 雙光纖雙波長檢測激光多點點火系統(tǒng)Fig.4 Laser multi-point initiation system with dual-fiber dual-wavelength test

實驗現(xiàn)象：（1）在半導體激光器與雙光纖之間連接一條低效率（25.20%）傳輸光纜時，多路檢測系統(tǒng)從雙光纖反饋端所接收1 310nm激光功率為0.346nW，接收率為0.000 45%；（2）當半導體激光器與雙光纖之間任意一條光纜的彎曲直徑φ≤5mm，多路檢測系統(tǒng)從雙光纖反饋端所接受的光功率隨光纜彎曲半徑以及彎曲圈數(shù)的增加而減小。在彎曲狀態(tài)下，多路檢測系統(tǒng)對1 310nm檢測激光的最大接收效率為0.001%；（3）在半導體激光器與雙光纖之間連接一條纖芯折斷的光纜時，多路檢測系統(tǒng)從雙光纖反饋端所接受的光功率為0。

3 實驗分析與討論

雙光纖結構的激光多點點火系統(tǒng)中，在保證激光多點點火系統(tǒng)光路完整（無光纖折斷、端面污染、傳輸效率低等現(xiàn)象）的情況下，可以從實驗結果以及實驗現(xiàn)象中得出：（1）由表1可知，在激光多點點火系統(tǒng)雙光纖雙波長工作模式的檢測中，當雙光纖的輸出為76.45μW時，多路檢測系統(tǒng)對1 310nm小功率檢測激光的最大接收率為0.005 6%，最小接收率為0.001 7%。所以，在一個確定的雙光纖結構的激光多點點火系統(tǒng)中，當1 310nm檢測激光的功率小于激光起爆器最大不發(fā)火功率的1/100時，如果多路檢測系統(tǒng)接收到檢測激光的效率在0.001 7%～0.005 6%范圍內，則可以確定激光多點點火系統(tǒng)的光路完整；如果多路檢測系統(tǒng)接收到檢測激光的效率小于0.001 7%，則可以確定激光多點點火系統(tǒng)的光路出現(xiàn)故障；（2）由表1可知，在一個確定的雙光纖結構的激光多路多點點火系統(tǒng)中，當1 310nm小功率檢測激光的功率小于激光起爆器最大不發(fā)火功率的1/100時，如果多路檢測系統(tǒng)對1 310nm檢測激光的接收率超過0.005 6%，則可以確定激光起爆器耦合窗口自聚焦透鏡出現(xiàn)損壞。因為透鏡損壞會出現(xiàn)無規(guī)則的反射面，使反射到雙光纖中反射率增大，因此接收率提高；（3）根據(jù)實驗現(xiàn)象（1）、（2）可知，在一個確定的雙光纖結構的激光多點點火系統(tǒng)中，如果多路檢測系統(tǒng)接收檢測激光的效率遠小于光路完整時的接收效率，則說明激光多點點火系統(tǒng)中某一光纜傳輸降低，可能出現(xiàn)了端面污染、光纜嚴重彎曲、光纜本身傳輸效率低，或者出現(xiàn)了光纜與連接器非正常耦合等問題；（4）根據(jù)實驗現(xiàn)象（3）可知，如果多路檢測系統(tǒng)接收檢測激光的功率為0，則激光多點點火系統(tǒng)中某一光纜出現(xiàn)折斷。

4 結論

為提高激光多點點火系統(tǒng)的可靠性，本文采用雙光纖雙波長工作模式實現(xiàn)了激光多點點火系統(tǒng)的同步檢測。研究表明，若多路檢測系統(tǒng)接收到檢測激光的效率在0.001 7%～0.005 6%范圍內，則可以確定系統(tǒng)的光路完整；接收效率小于0.001 7%，則可以確定系統(tǒng)光路出現(xiàn)故障；接收率超過0.005 6%，則說明激光火工品耦合窗口自聚焦透鏡出現(xiàn)損壞。

[1]Jacobs,Richard.Laser initiated ordance system optical fiber continuity test:US,52 70537[P].1993-12-14.

[2]Wood,Lance A,Caldwell Paul J.Photoluminescence builtin-test for optically initiated systems:US,5572016[P].1996-11-5.

[3]Alexander Bell Drive,Reston.Criteria for explosive systems and devices used on launch and space vehicles [R].AIAA 2005-S-113,2005.

[4]Mark F Folsom,Jerry D Callaghan.Dual fiber laser initiator and optical telescope:US,5914458[P].1999-6-22.

[5]Wm David.Fahey,Joseph.E Carvalho.Optical Built-in-Test(BIT) for Laser (Diode) Initiation Systems[R].AIAA 2002-3797,2002.

[6]尹國福,魯建存,劉彥義,等.激光火工品系統(tǒng)自動檢測技術研究[J].測試技術學報,2010,24(4):344-350.

[7]尹國福,魯建存,劉彥義,等.激光起爆系統(tǒng)光路完整性檢測技術研究[J].激光技術,2011,35(4):554-558.

[8]唐璜,馮陽,趙冬,等.激光點火檢測系統(tǒng)研究[J].激光雜志,2010,31(2):46-47.