激光起爆器光学窗口的研究
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性 和可靠 性 ； （ ） 工 装 置 的装 药 钝 感 － 。这 些 特 点 使 激 ３火 】 光 起 爆 技 术 成 为 未 来 火 工 品 的 主 要 发 展 方 向 之
一
（） ａ
（） ｂ
（） ａ 光纤插入 式耦合 ；（ ） ｂ 端面接触式耦合 １一光纤 ； 药剂 ； ２一 ３一壳体 图 １ 光纤 与火工药剂耦合方式
炸药 表 面 ， 炸药 吸 收激光 能量 产生 热点 效应 ， 火 最终
产生爆炸 Ｊ 。激光起爆器最初采用的结构是 ： 封装 在金属壳体中的光纤直接与药剂接触 ， 直接传输激 光能 量至 药剂 表 面 ， 引爆 药 剂 。它 分 为 光纤 插 入式
崇 收稿 日期 ：０ １Ｄ ＿ ２ １ 一６２ ４
激 光起爆 技术 是 以半 导 体激光 器 或 固体激 光器 发射的激光作为能源 ， 采用光纤传输激光能量 ， 使激 光 起爆 器 、 火 器作 用 的火 工技 术 。与 常规 的桥 式 点 点 火火 工装 置相 比， 它具 有 以下几 个显 著 的优点 ： （ ） 光起 爆 点 火 系 统 彻 底 地 避 免 了 因 电磁 １激 场 、 电放 电和杂 散 电流造 成 的意 外点 火 ； 静 （） ２ 对全 系统 的 自检不 会 影 响整 个 系 统 的安 全
［－］ ３５
Ｏ
光纤 插入式 耦合 结构 通过 一段光 纤 的尾 部直 接 插入 药剂 中 ， 激 光 能量 耦 合 进 药剂 并 发 火 。它 的 将
据 资料 报道 ， 激光起 爆 技术 在 美 国 的 “ 儒 ” 侏 导 弹 、ｅａｕ 火箭 的点 火 、 间 分 离 等 方 面获 得 成 Ｐｇｓｓ等 级 功 。在 油气 井工程 方 面也得 到广 泛应 用 。我 国在激 光 起爆 技术 方 面的 研究 起 步 较 晚 ， 有 中国 工程 物 只
（） １光学透镜窗口结构 ， 主要包括平面透镜、 单
凸透镜 、 凸透镜 组等 ； 双
（） ２ 自聚焦 透镜 结构 。
作者简 介： 聂祥进 （９ ７～） 男 ， １６ ， 总工程 师。主要从事 民用爆破器材生产与研究 。
通 讯 联 系人 ： 匡治 兵 （９ ７一） 男 ， 程 师 。 主要 从 事 火 工 品 研 究 。Ｅｍａ ：ｚｉｉ １６ ｃｒ １７ ， 工 — ｉ ｋｈｂ＠ ２ ． ｏ ｌ ｎ
它设 计 的优 劣直接 决定 着激 光起爆 器 的发 火性 能 。
１ 激光 起爆 器光 学 窗 口结 构设计
目前 激光 起爆 器 结 构普 遍 采 用光 学 窗 口结 构 ，
这种 结构 在接 受到 激 光 能量 后 ， 激 光 能 量 进 行 聚 对 焦集 中 ， 提高 激光 的能量 密度 ， 同时 能反馈 一 定 比例
几种窗 口的优劣 。研究结果表明 ， 自聚焦透镜 发火 阈值要远 低于其 它光学 透镜结构发 火能量 ， 目前最 为理想 的 是
窗 口透镜 。
［ 关键词 ］ 激光起 爆器 光 学窗 口 格林 透镜
［ 分类号 ］ Ｔ ４０ ４ Ｊ５ ．
起爆
引 言
耦合结构和端面接触式耦合 ， 结构示意 图见图 ｌ 。
的激 光功 率 给检测 系统 ， 供 整个 激 光 起 爆 系统 光 提
激光 起爆 器接 受 光纤光 缆传输 的激光 能量 作 为
初始 激发 能 量 ， 过 光 学 透镜 等 光 学 元 器 件 聚 焦 至 通
学 回路是 否完 好 的 信 息 。此外 ， 这种 结 构 还 有 利 于
激光 起爆 器 的密封 作用 。 光学 窗 口结构 主要 有 以下两种 ：
爆
破
器
材
Ｅ ｐｏｉ ｔ ｉ ｓ ｘ ｌ ｖ Ｍａ ｒ ｌ ｓ ｅ ｅａ
第４ Ｏ卷第 ５期
源自文库
激 光 起 爆 器 光 学 窗 口的 研 究
聂祥进 匡治兵
贵 州久联 民爆 器材 发展 股份 有 限公 司（ 州 贵 阳 ， ５０ １ 贵 ５００ ）
［ 摘 要 ］ 文章设 计了平 面透镜 、 凸透镜 、 单 双凸透镜组及格林透镜等几种光学窗 口， 并通过发火试验 详细讨论 了
杂。
第 ２３所 等几 家单 位开展 了对 激光 起爆 器 的基 础研 １
究。
光 学窗 口元件 则是 位于 输入 光纤 与药 剂之 问 的 光 学玻璃 等 材料 制 成 的透 明 固体 ， 成 一个 密封 结 形 构 窗 口元 件 。光 学 窗 口是 激 光 起爆 器 的关 键 部 件 ，
２１ ０ １年 １ ０月
激光起爆 器光学 窗 口的研究
聂祥进等
１ １ 光学 透镜 窗 口结构 ．
光学透镜窗 口 结构使用光学透镜作为激光能量
的输 入 聚焦窗 口。 目前一 般采 用 的光 学透 镜有 平 面
透镜 、 单凸透镜 以及双凸透镜组。 图２为各种光学透镜结构及光路简图。其 中平 面透镜 采用 的材 料 可 为蓝 宝 石 、 Ｋ系 列光 学 玻璃 或 磷酸盐玻璃 ； 而单凸透镜和双凸透镜组一般都采用 Ｋ系 列光学 玻璃 。
理研 究 院 、 京理 工 大 学 、 京 理 工 大学 、 器工 业 北 南 兵
特点 在于 能量耦 合效 率高 、 零部 件制 造工 艺简 单 ； 但
是光纤尾的存在对于装药工艺要求较高。而经过改
进后 形成 的光纤 端 面 接 触式 耦 合 ， 过 光 纤 的端 面 通 研磨 抛光 加工 ， 有耦 合 效 率 高 、 具 密封 性 好 、 配 工 装 艺好 的优 点 ， 光纤 组 件 的制 造工 艺 和 设 备 相 对 复 但
／ ／ （ ， ２ ）
Ｎ（ ｏ
嗣
图 ２ 各光学透镜结 构及 光路 简图
图 ３ 自聚焦透镜折射率分布 曲线
式中
ｒ — 自聚焦棒 光 纤 的纤 芯 半径 ； —
— —
自聚焦 透镜 的 中心折 射率 ；
Ａ — 自聚焦 透镜 的聚焦 常 数 ； —
自聚焦棒 的长度。 从式 （ ） 以 看 到 ， ２可 自聚 焦 棒 中 光 线轨 迹 类 似
一
（） ａ
（） ｂ
（） ａ 光纤插入 式耦合 ；（ ） ｂ 端面接触式耦合 １一光纤 ； 药剂 ； ２一 ３一壳体 图 １ 光纤 与火工药剂耦合方式
炸药 表 面 ， 炸药 吸 收激光 能量 产生 热点 效应 ， 火 最终
产生爆炸 Ｊ 。激光起爆器最初采用的结构是 ： 封装 在金属壳体中的光纤直接与药剂接触 ， 直接传输激 光能 量至 药剂 表 面 ， 引爆 药 剂 。它 分 为 光纤 插 入式
崇 收稿 日期 ：０ １Ｄ ＿ ２ １ 一６２ ４
激 光起爆 技术 是 以半 导 体激光 器 或 固体激 光器 发射的激光作为能源 ， 采用光纤传输激光能量 ， 使激 光 起爆 器 、 火 器作 用 的火 工技 术 。与 常规 的桥 式 点 点 火火 工装 置相 比， 它具 有 以下几 个显 著 的优点 ： （ ） 光起 爆 点 火 系 统 彻 底 地 避 免 了 因 电磁 １激 场 、 电放 电和杂 散 电流造 成 的意 外点 火 ； 静 （） ２ 对全 系统 的 自检不 会 影 响整 个 系 统 的安 全
［－］ ３５
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光纤 插入式 耦合 结构 通过 一段光 纤 的尾 部直 接 插入 药剂 中 ， 激 光 能量 耦 合 进 药剂 并 发 火 。它 的 将
据 资料 报道 ， 激光起 爆 技术 在 美 国 的 “ 儒 ” 侏 导 弹 、ｅａｕ 火箭 的点 火 、 间 分 离 等 方 面获 得 成 Ｐｇｓｓ等 级 功 。在 油气 井工程 方 面也得 到广 泛应 用 。我 国在激 光 起爆 技术 方 面的 研究 起 步 较 晚 ， 有 中国 工程 物 只
（） １光学透镜窗口结构 ， 主要包括平面透镜、 单
凸透镜 、 凸透镜 组等 ； 双
（） ２ 自聚焦 透镜 结构 。
作者简 介： 聂祥进 （９ ７～） 男 ， １６ ， 总工程 师。主要从事 民用爆破器材生产与研究 。
通 讯 联 系人 ： 匡治 兵 （９ ７一） 男 ， 程 师 。 主要 从 事 火 工 品 研 究 。Ｅｍａ ：ｚｉｉ １６ ｃｒ １７ ， 工 — ｉ ｋｈｂ＠ ２ ． ｏ ｌ ｎ
它设 计 的优 劣直接 决定 着激 光起爆 器 的发 火性 能 。
１ 激光 起爆 器光 学 窗 口结 构设计
目前 激光 起爆 器 结 构普 遍 采 用光 学 窗 口结 构 ，
这种 结构 在接 受到 激 光 能量 后 ， 激 光 能 量 进 行 聚 对 焦集 中 ， 提高 激光 的能量 密度 ， 同时 能反馈 一 定 比例
几种窗 口的优劣 。研究结果表明 ， 自聚焦透镜 发火 阈值要远 低于其 它光学 透镜结构发 火能量 ， 目前最 为理想 的 是
窗 口透镜 。
［ 关键词 ］ 激光起 爆器 光 学窗 口 格林 透镜
［ 分类号 ］ Ｔ ４０ ４ Ｊ５ ．
起爆
引 言
耦合结构和端面接触式耦合 ， 结构示意 图见图 ｌ 。
的激 光功 率 给检测 系统 ， 供 整个 激 光 起 爆 系统 光 提
激光 起爆 器接 受 光纤光 缆传输 的激光 能量 作 为
初始 激发 能 量 ， 过 光 学 透镜 等 光 学 元 器 件 聚 焦 至 通
学 回路是 否完 好 的 信 息 。此外 ， 这种 结 构 还 有 利 于
激光 起爆 器 的密封 作用 。 光学 窗 口结构 主要 有 以下两种 ：
爆
破
器
材
Ｅ ｐｏｉ ｔ ｉ ｓ ｘ ｌ ｖ Ｍａ ｒ ｌ ｓ ｅ ｅａ
第４ Ｏ卷第 ５期
源自文库
激 光 起 爆 器 光 学 窗 口的 研 究
聂祥进 匡治兵
贵 州久联 民爆 器材 发展 股份 有 限公 司（ 州 贵 阳 ， ５０ １ 贵 ５００ ）
［ 摘 要 ］ 文章设 计了平 面透镜 、 凸透镜 、 单 双凸透镜组及格林透镜等几种光学窗 口， 并通过发火试验 详细讨论 了
杂。
第 ２３所 等几 家单 位开展 了对 激光 起爆 器 的基 础研 １
究。
光 学窗 口元件 则是 位于 输入 光纤 与药 剂之 问 的 光 学玻璃 等 材料 制 成 的透 明 固体 ， 成 一个 密封 结 形 构 窗 口元 件 。光 学 窗 口是 激 光 起爆 器 的关 键 部 件 ，
２１ ０ １年 １ ０月
激光起爆 器光学 窗 口的研究
聂祥进等
１ １ 光学 透镜 窗 口结构 ．
光学透镜窗 口 结构使用光学透镜作为激光能量
的输 入 聚焦窗 口。 目前一 般采 用 的光 学透 镜有 平 面
透镜 、 单凸透镜 以及双凸透镜组。 图２为各种光学透镜结构及光路简图。其 中平 面透镜 采用 的材 料 可 为蓝 宝 石 、 Ｋ系 列光 学 玻璃 或 磷酸盐玻璃 ； 而单凸透镜和双凸透镜组一般都采用 Ｋ系 列光学 玻璃 。
理研 究 院 、 京理 工 大 学 、 京 理 工 大学 、 器工 业 北 南 兵
特点 在于 能量耦 合效 率高 、 零部 件制 造工 艺简 单 ； 但
是光纤尾的存在对于装药工艺要求较高。而经过改
进后 形成 的光纤 端 面 接 触式 耦 合 ， 过 光 纤 的端 面 通 研磨 抛光 加工 ， 有耦 合 效 率 高 、 具 密封 性 好 、 配 工 装 艺好 的优 点 ， 光纤 组 件 的制 造工 艺 和 设 备 相 对 复 但
／ ／ （ ， ２ ）
Ｎ（ ｏ
嗣
图 ２ 各光学透镜结 构及 光路 简图
图 ３ 自聚焦透镜折射率分布 曲线
式中
ｒ — 自聚焦棒 光 纤 的纤 芯 半径 ； —
— —
自聚焦 透镜 的 中心折 射率 ；
Ａ — 自聚焦 透镜 的聚焦 常 数 ； —
自聚焦棒 的长度。 从式 （ ） 以 看 到 ， ２可 自聚 焦 棒 中 光 线轨 迹 类 似