[实用新型]光束整形装置及空中与水下激光致声通信装置

说明书

本实用新型涉及声光通信设备制造技术领域，具体的说是一种能够大幅减小系统能耗、提高通信距离、保障通信信息安全性和保密性的光束整形装置及空中与水下激光致声通信装置，其特征在于，设有依次同轴放置的第一平凹透镜、第二平凹透镜、第一圆锥透镜、第二圆锥透镜，其中第一平凹透镜的凹面朝向光传播方向，第二平凹透镜平面朝向光传播方向，第一圆锥透镜的锥面朝向光传播方向，第二圆锥透镜平面朝向光传播方向，本实用新型与现有技术相比，激光器输出脉冲调制信号，且信号呈现无规律状态，能够有效降低数据丢失或被破译的概率。可以在一定程度上减小水面水雾对于激光束的影响，从而降低能量损耗。

技术领域：

本实用新型涉及声光通信设备制造技术领域，具体的说是一种能够大幅减小系统能耗、提高通信距离、保障通信信息安全性和保密性的光束整形装置及空中与水下激光致声通信装置。

背景技术：

随着资源环境的日益变化，海洋逐渐成为国家战略发展的重点。海洋水下目标探测在未来战争中和国民经济生产中的地位日益突出，如海战中进行实时信息交换、通信联络、指挥控制等，所以在海洋环境下的探测显得十分重要。光声探测技术结合激光与声波的优点，通过机载或船载大功率激光器将激光聚焦于海水中激发声波。现有技术中，空中至海洋通信存在信号损耗大、安全性较差、通信距离短、困难大等问题。

发明内容：

本实用新型针对现有技术中存在的缺点和不足，提出了一种能够降低激光在进行跨介质传播时受到的水雾影响，从而提高激光在大气中的穿透度，减小能量损耗，实现远距离激发的光束整形装置及空中与水下激光致声通信装置。

本实用新型可以通过以下措施达到：

一种光束整形装置，其特征在于，设有依次同轴放置的第一平凹透镜、第二平凹透镜、第一圆锥透镜、第二圆锥透镜，其中第一平凹透镜的凹面朝向光传播方向，第二平凹透镜平面朝向光传播方向，第一圆锥透镜的锥面朝向光传播方向，第二圆锥透镜平面朝向光传播方向。

本实用新型中各透镜间距离满足下式：

其中，ω₀为经由第一平凹透镜和第二平凹透镜组成的扩束准直系统扩束后的光束半径，γ为遮拦比，n为空气与圆锥透镜间的相对折射率，θ为圆锥透镜顶角。

本实用新型还设有平移台控制机构以及光学导轨，所述第一圆锥透镜、第二圆锥透镜顶角相同，在第一圆锥透镜、第二圆锥透镜底部安装有平移台，平移台设置在光学导轨上，并在平移台控制机构的控制下沿光学导轨做直线运动。

本实用新型所述平移台控制机构可以采用与光学导轨相配合的滚珠丝杠机构，设有伺服电机、丝杆，伺服电机驱动丝杆转动，丝杆上设有螺母座，平移台与螺母座相连，通过伺服电机控制丝杆转动，使平移台与丝杆发生相对位移，进而实现透镜距离的精确调整。

本实用新型将激光器输出的激光束送入光束整形装置，将光束整形为环形，从而可以减小激光在进行跨介质传播时受到的水雾影响，从而提高激光在大气中的穿透度，减小能量损耗，实现远距离激发。

本实用新型还提出了一种空中与水下激光致声通信装置，设有发射机构、接收机构，其特征在于，所述发射机构中设有脉冲激光器，脉冲激光器输出的光信号送入上述光束整形装置，光束整形装置输出的光信号经过空气传输使得激光信号在到达水面后，以光击穿的方式与水介质相互作用，进而把激光脉冲转化成为声波信号在水下向各个方向进行传播；所述接收机构中设有位于水下的光纤水听器，光纤水听器进行声波信号的接收。

本实用新型所述脉冲激光器为高能量脉冲CO₂激光器，脉冲重复频率为1-20Hz，多模下脉冲能量为250mJ，平均功率为5W，脉冲宽度为50～150ns，水听器为光纤MEMS水听器，线性频带宽度为1～10kHz，灵敏度级-210dB(参考值为1V/μPa)。