王鵬 趙昊東 尚浩 岳寧博

摘要：針對(duì)某型飛機(jī)光電探測設(shè)備激光測距機(jī)輻射能量不滿足要求的故障進(jìn)行分析研究，查找故障原因，對(duì)由激光濺射引起的激光輻射器激光棒端面污染導(dǎo)致激光能量下降問題進(jìn)行了排除，提出了改進(jìn)措施建議，對(duì)提高光電探測設(shè)備工作的可靠性有重要意義。

關(guān)鍵詞：光電探測設(shè)備；激光濺射；端面污染

Keywords：photoelectric detection equipment；laser sputtering；end pollution

1 故障現(xiàn)象

光電探測設(shè)備利用目標(biāo)飛行中的蒙皮加熱和尾噴口發(fā)熱等紅外輻射特性進(jìn)行目標(biāo)紅外輻射探測，確定目標(biāo)方位、俯仰角度信息，并在截獲跟蹤后發(fā)射激光脈沖命中目標(biāo)，接收激光回波進(jìn)行目標(biāo)距離測算，從而完成目標(biāo)的定位。

某型飛機(jī)地面檢查光電探測設(shè)備激光能量時(shí)，發(fā)現(xiàn)激光能量較低，不滿足指標(biāo)要求，且激光光斑不實(shí)。更換激光測距機(jī)電源部件后，進(jìn)一步檢查發(fā)現(xiàn)故障現(xiàn)象依舊。用強(qiáng)光照射測距機(jī)發(fā)射接收部件，發(fā)現(xiàn)部件光學(xué)元件表面完好、潔凈、無損傷。更換激光測距機(jī)后檢查，滿足指標(biāo)要求，隨后將光電探測設(shè)備返廠進(jìn)行檢查。

2 測距機(jī)工作機(jī)理

激光測距機(jī)由電源部件、輻射器部件以及發(fā)射接收部件組成。電源部件給輻射器部件提供需要的驅(qū)動(dòng)電流，使輻射器部件發(fā)出激光束，激光束經(jīng)發(fā)射接收部件擴(kuò)束后輸出，為測距機(jī)進(jìn)行目標(biāo)測距時(shí)提供能量載體。

輻射器部件是測距機(jī)的激光形成單元，為測距機(jī)提供合格的激光光源。電源部件通過連接器向輻射器部件提供驅(qū)動(dòng)電流，驅(qū)動(dòng)陣列部件產(chǎn)生泵浦光，使振蕩級(jí)和放大級(jí)激光工作物質(zhì)上能級(jí)粒子數(shù)反轉(zhuǎn)，進(jìn)而發(fā)出自發(fā)輻射光。振蕩級(jí)中的自發(fā)輻射光在半反鏡和全反鏡之間形成振蕩，通過開關(guān)的控制作用產(chǎn)生種子脈沖激光輸出，經(jīng)過角錐鏡傳輸?shù)椒糯蠹?jí)激光工作物質(zhì)內(nèi)，經(jīng)過放大后形成高峰值功率激光輸出至外界。

3 故障原因分析

若電源部件為輻射器部件供電的功能發(fā)生故障，將使輻射器部件因無注入功率或功率不足而喪失輸出激光功能或能量下降，進(jìn)而導(dǎo)致激光測距機(jī)無激光能量輸出或能量下降；若發(fā)射接收部件中的發(fā)射光學(xué)鏡組發(fā)生不透光的故障，將導(dǎo)致激光分系統(tǒng)激光能量輸出降低；若輻射器部件故障，輸出激光能量下降，將導(dǎo)致激光測距機(jī)激光能量下降。

經(jīng)串換件和光學(xué)元件強(qiáng)光檢查后，上述故障初步定位為輻射器故障。

根據(jù)輻射器的工作原理，輻射器輸出能量低的主要原因如下。

1）光學(xué)元件損傷

光學(xué)元件（包括全反鏡、半反鏡、角錐鏡等）的損傷將導(dǎo)致輻射器部件由于有效通光面積變小而部分喪失或全部喪失輸出激光能量的功能。

2）光路失調(diào)

光路失調(diào)即光學(xué)部件發(fā)生應(yīng)力偏轉(zhuǎn)、緊固松動(dòng)故障，將導(dǎo)致輻射器部件由于無法有效形成激光振蕩或放大而部分喪失或全部喪失輸出激光能量的功能。

3）光學(xué)元件污染

光學(xué)元件表面發(fā)生污染故障，將導(dǎo)致輻射器部件由于有效通光面積變小而部分喪失輸出激光能量的功能。

根據(jù)以上的可能原因建立故障樹，如圖1所示。

3.1 光學(xué)元件損傷

拆開激光輻射器部件的大蓋板，使用強(qiáng)光手電檢查諧振腔光學(xué)鏡組中各光學(xué)元件表面，均未發(fā)現(xiàn)表面損傷、晶體碎裂或脫落等異常現(xiàn)象。因此，排除諧振腔光學(xué)元件損傷的可能。

3.2 光路失調(diào)

拆開輻射器蓋板，檢查光學(xué)元件緊固性，無光學(xué)部件松動(dòng)。通過工藝調(diào)試孔微調(diào)全反鏡后，激光輻射器能量變低，因此排除了這一可能。

3.3光學(xué)元件污染

輻射器內(nèi)通光光學(xué)元件若發(fā)生表面污染，勢(shì)必影響激光的傳輸，從而最終影響輸出能量。光學(xué)元件污染的途徑之一是環(huán)境污染，即在輻射器裝配調(diào)試過程中空氣中漂浮的粉塵附著在光學(xué)元件表面。

拆開輻射器蓋板，用手電筒照射檢查光學(xué)元件表面，發(fā)現(xiàn)除放大級(jí)激光棒端面膜層有輕微污染物外，其他光學(xué)元件表面無污染，排除了環(huán)境污染的可能。擦拭放大級(jí)激光棒端面，測試激光能量，滿足指標(biāo)要求，由此確定是激光棒端面污染造成激光測距機(jī)能量下降。

放大級(jí)激光棒端面有污染物，而其他光學(xué)元件無污染，原因應(yīng)為激光打擊到激光棒周圍結(jié)構(gòu)件時(shí)造成的粉塵濺射污染。

4 故障機(jī)理分析

針對(duì)激光棒端面污染問題，分析激光器工作機(jī)理。振蕩級(jí)諧振腔由全反鏡、大角錐、激光棒、半反鏡、小角錐等形成光學(xué)諧振腔，激光振蕩產(chǎn)生激光輸出，經(jīng)小角錐折轉(zhuǎn)后進(jìn)入激光放大級(jí)形成光放大。小角錐部件在光路中起到光路折轉(zhuǎn)和振蕩級(jí)、放大級(jí)光軸對(duì)接作用。由于小角錐裝配時(shí)未達(dá)到最佳位置，諧振腔激光振蕩級(jí)光軸與放大級(jí)光軸的同軸度存在微小失調(diào)。存在光路失調(diào)問題就會(huì)使振蕩級(jí)和放大級(jí)光軸不匹配，振蕩級(jí)激光光束就不能完全通過放大級(jí)激光棒，部分邊緣光會(huì)打在激光棒周圍的結(jié)構(gòu)件表面上，形成激光濺射。

在激光擊打下，激光棒周圍的結(jié)構(gòu)件表面飛濺出粉末，部分粉末附著在激光棒表面，長時(shí)間積累后，附著物形成污染，導(dǎo)致激光能量下降。

5 故障排除

通過采取光學(xué)元件表面清潔手段，在大電流注入功率條件下，通過工藝調(diào)試孔微調(diào)小角錐部件，使問題產(chǎn)品在第一時(shí)間得到了修復(fù)，激光能量恢復(fù)到滿足要求。

機(jī)上繼續(xù)開展激光測距試飛驗(yàn)證，激光測距機(jī)工作正常。

6 結(jié)束語

通過對(duì)某型機(jī)光電探測設(shè)備激光測距機(jī)輻射能量不滿足要求的故障進(jìn)行分析研究，確定故障原因?yàn)楣饴肺⑿∈д{(diào)引起的激光濺射使擊打到結(jié)構(gòu)件表面而飛濺出的粉末附著在激光棒表面形成污染，導(dǎo)致激光能量下降。

通過對(duì)上述故障的分析，建議在后續(xù)產(chǎn)品中提高光電探測設(shè)備激光測距機(jī)內(nèi)部各光學(xué)元件及各部件裝配的精確性和準(zhǔn)確度，進(jìn)而提高光電探測設(shè)備的可靠性。

作者簡介

王鵬，工程師，主要從事軍機(jī)航空電子系統(tǒng)保障技術(shù)研究。

趙昊東，助理工程師，主要從事軍機(jī)航空電子系統(tǒng)保障技術(shù)研究。

尚浩，助理工程師，主要從事軍機(jī)航空電子系統(tǒng)保障技術(shù)研究。

岳寧博，助理工程師，主要從事軍機(jī)航空電子系統(tǒng)保障技術(shù)研究。