全新激光火工品技术鲁建存,贺爱锋,陈建华9787118122596

目 录 章 激光火工品技术发展.................................................................................................. 1 1.1 国外研究状况................................................................................................................. 1 1.2 国内研究情况.................................................................................................................. 6 1.3 国内外差距...................................................................................................................... 8 第2章 激光火工品作用机理................................................................................................ 12 2.1 激光起爆作用机理分析................................................................................................... 12 2.1.1 光冲量对的作用................................................................................................... 13 2.1.2 光化学反应对的作用............................................................................................ 13 2.1.3 电击穿对的影响................................................................................................... 14 2.1.4 冲击波对的作用................................................................................................... 14 2.1.5 热分解反应对的作用............................................................................................ 15 2.2 激光热起爆机理............................................................................................................. 15 2.2.1 激光热起爆过程分析................................................................................................... 15 2.2.2 激光热起爆临界能量计算............................................................................................ 18 . 激光箔起爆机理...................................................................................................... 25 ..1 EBW起爆和LEBW起爆.............................................................................................. 25 ..2 LEBW起爆能量的转变................................................................................................. 26 .. 多孔含能药粉的LEBW模型........................................................................................ 27 2.4 激光冲击片起爆机理...................................................................................................... 28 2.5 光化学起爆机理............................................................................................................. 32 2.5.1 试验现象与结果.......................................................................................................... 32 2.5.2 反应机理模型分析....................................................................................................... 35 2.5.3 DACP的光化学起爆..................................................................................................... 37 2.6 激光起爆数值模拟................................................................................................... 39 2.6.1 数学模型..................................................................................................................... 40 2.6.2 计算结果与讨论.......................................................................................................... 41 2.7 激光点火机理................................................................................................................. 43 2.7.1 激光点火过程.............................................................................................................. 44 2.7.2 激光点火理论分析..................................................................................................... 45 2.7.3 点在激光作用下的飞行时间质谱........................................................................... 47 2.8 激光点火的数值模拟...................................................................................................... 48 2.8.1 TiKClO4等激光点火模拟............................................................................................. 49 2.8.2 MgNaNO3激光点火数值模拟....................................................................................... 56 2.8.3 FeS激光点火数值模拟................................................................................................ 62 2.8.4 BKNO3激光点火数值模拟........................................................................................... 70 2.8.5 火炮激光点火的数值............................................................................................ 74 第3章 激光器..................................................................................................................... 77 3.1 固体激光器.................................................................................................................... 79 3.1.1 固体激光工作物质....................................................................................................... 79 3.1.2 自由振荡固体激光技术................................................................................................ 84 3.1.3 调激光技术............................................................................................................. 96 3.2 气体激光器.................................................................................................................... 99 3.2.1 He-Ne激光器............................................................................................................... 99 3.2.2 CO2激光器................................................................................................................. 100 3.. 等离子体激光技术..................................................................................................... 104 3.3 半导体激光器............................................................................................................... 105 3.3.1 半导体激光器工作原理.............................................................................................. 105 3.3.2 激光火工品系统用半导体激光器.............................................................................. 125 第4章 光学元器件............................................................................................................. 133 4.1 光纤............................................................................................................................. 133 4.1.1 光纤结构、分类、光传播与参数................................................................................ 133 4.1.2 激光能量传输用光纤.................................................................................................. 13.2光缆及其连接............................................................................................................... 152 4.2.1 光缆.......................................................................................................................... 152 4.2.2 光纤接头................................................................................................................... 153 4.. 光缆组件................................................................................................................... 156 4.2.4 光缆连接................................................................................................................... 158 4.3 合束器与分束器........................................................................................................... 163 4.3.1 合束器....................................................................................................................... 163 4.3.2 分束器....................................................................................................................... 164 4.4 光开关......................................................................................................................... 172 4.4.1 机械机电式光开关.................................................................................................... 172 4.4.2 电光开关................................................................................................................... 176 4.4.3 声光开关................................................................................................................... 176 4.4.4 固体磁光开关............................................................................................................ 176 4.4.5激光驱动烟火光开关................................................................................................... 177 4.4.6 MEMS光开关............................................................................................................ 178 4.5 耦合元件...................................................................................................................... 187 4.5.1 聚焦类耦合元件......................................................................................................... 187 4.5.2 窗口类耦合元件......................................................................................................... 188 4.6 通用光学元件............................................................................................................... 18.6.1 玻璃基片................................................................................................................... 18.6.2 介质膜片................................................................................................................... 18.6.3 干涉滤光片................................................................................................................ 18.6.4 角锥.......................................................................................................................... 18.7光衰减器...................................................................................................................... 190 4.7.1光缆衰减器................................................................................................................. 190 4.7.2 光衰减器................................................................................................................... 190 4.7.3 光学分束器................................................................................................................ 190 第5章 激光能量传输与控制............................................................................................... 193 5.1 光纤耦合传输............................................................................................................... 193 5.1.1 光纤耦合方式............................................................................................................ 193 5.1.2 光纤耦合的空间效应.................................................................................................. 194 5.1.3 光纤耦合条件............................................................................................................ 195 5.1.4 光纤耦合效率的影响因素........................................................................................... 195 5.1.5 光纤连接器对耦合效率的影响分析............................................................................. 199 5.2 激光火工品系统光能传输............................................................................................. 200 5.2.1 激光能量传输规律..................................................................................................... 200 5.2.2 温度对光缆器件的耦合传输效率影响......................................................................... 202 5.. 光缆弯曲半径对传输损耗的影响................................................................................ 206 5.2.4 激光波长对光缆耦合效率的影响................................................................................ 209 5.2.5 光纤端面角度对耦合效率的影响................................................................................ 210 5.2.6 光纤端面间隙对耦合效率的影响................................................................................ 211 5.2.7 光纤轴偏离对耦合效率的影响.................................................................................... 213 5.2.8 振动对光缆连接耦合效率的影响................................................................................ 214 5.2.9 激光火工品系统光缆传输效率数学模型...................................................................... 214 5.2.10 光缆传输数学模型的优化处理.................................................................................. 215 5.2.11 光纤分束器件耦合传输规律...................................................................................... 217 5.3 激光能量隔断控制........................................................................................................ 2 5.3.1 光开关隔断控制技术.................................................................................................. 2 5.3.2 激光能量光开关的常温传输效率与导通时间............................................................... 224 5.3.3 激光能量光开关的高低温传输效率............................................................................. 225 5.3.4 能量型光开关传输效率数学模型................................................................................ 225 5.4 光缆耦合与传输损伤.................................................................................................... 225 5.4.1 耦合与传输损伤现象探讨........................................................................................... 225 5.4.2 光纤端面损伤机理..................................................................................................... 227 5.4.3 光纤端面损伤研究..................................................................................................... 225..4抗烧蚀光缆接头研究.................................................................................................. 1 5.5 激光能量传输、控制与损伤规律................................................................................... 1 5.5.1 光缆传输规律............................................................................................................ 1 5.5.2 光纤分束器的分束传输规律....................................................................................... 2 5.5.3 能量型光开关传输与隔断规律.................................................................................... 2 5.5.4 光纤器件的损伤规律.................................................................................................. 2 第6章 激光起爆技术......................................................................................................... 4 .1 固体激光起爆.................................................................................................... 4 .1.1 传统的激光起爆.............................................................................................. 4 .1.2的激光感度...................................................................................................... 6.1.3 紫外激光起爆.................................................................................................. 242 6.1.4 新型的激光起爆.............................................................................................. 244 6.2固体激光直接起爆.................................................................................................. 248 6.2.1 激光直接起爆过程.............................................................................................. 248 6.2.2 激光参数对起爆的影响分析................................................................................ 249 6..激光起爆的高速摄影分析..................................................................................... 251 6.2.4单晶体的激光起爆............................................................................................... 255 6.2.5 掺杂活物质的激光起爆.................................................................................... 256 6.3 激光箔起爆........................................................................................................... 261 6.3.1 激光箔起爆过程.................................................................................................. 262 6.3.2激光箔起爆低密度........................................................................................ 263 6.3.3 激光箔起爆BNCP与CL - 20的DDT过程.................................................... 267 6.3.4 激光烧蚀毛玻璃表面起爆.................................................................................... 273 6.3.5 低能激光两段法起爆........................................................................................... 277 6.4 激光飞片起爆............................................................................................................... 280 6.4.1激光飞片起爆过程...................................................................................................... 282 6.4.2 激光飞片起爆的关键技术........................................................................................... 284 6.4.3 光纤传输激光驱动飞片起爆高比表面积的太安.................................................... 288 6.4.4 激光引爆驱动飞片起爆....................................................................................... 296 6.5 半导体激光起爆技术.................................................................................................... 297 6.5.1 半导体激光引爆CP............................................................................................ 298 6.5.2 半导体激光起爆BNCP....................................................................................... 298 6.5.3 激光焦点大小与加热速率对微量BNCP发火判据的影响............................................. 299 6.5.4 半导体激光快速起爆CP与BNCP....................................................................... 303 6.5.5 半导体激光起爆DACP....................................................................................... 306 6.5.6 半导体激光起爆HMX................................................................................................ 307 6.5.7 半导体激光引爆非密闭RDX.............................................................................. 312 6.6 激光设计........................................................................................................... 316 6.6.1 光纤耦合激光设计........................................................................................... 316 6.6.2 自聚焦激光设计.............................................................................................. 318 6.6.3 薄膜光学起爆结构设计.............................................................................................. 320 6.7 激光螺栓技术........................................................................................................ 322 6.7.1 单路激光驱动螺栓.............................................................................................. 322 6.7.2 双路激光驱动螺栓.............................................................................................. 325 第7章 激光点火技术......................................................................................................... 328 7.1 烟的激光点火........................................................................................................ 328 7.1.1固体激光引燃烟................................................................................................... 329 7.1.2气体激光引燃烟................................................................................................... 332 7.1.3 半导体激光引燃烟.............................................................................................. 339 7.1.4 纳米含能材料的闪光照点火.................................................................................... 351 7.2 推进剂的激光点火........................................................................................................ 352 7.2.1 固体推进剂的激光点火.............................................................................................. 352 7.2.2 液体推进剂激光脉冲点火........................................................................................... 360 7.3 火炮装的激光点火............................................................................................. 362 7.3.1 单根光纤多点点火..................................................................................................... 363 7.3.2 火炮的激光多点点火.................................................................................................. 364 7.3.3 激光多点点火系统结构设计与试验........................................................................... 366 7.4 激光点火器设计........................................................................................................ 367..1输入光纤式激光点火器设计....................................................................................... 370 7.4.2 微透镜式激光点火器设计........................................................................................... 373 7.4.3自聚焦透镜式激光点火器设计..................................................................................... 375 7.4.4 激光隔板点火器设计.................................................................................................. 377 7.5 激光点火微推冲技术.................................................................................................... 383 第8章 激光火工品............................................................................................................. 389 8.1 激光.................................................................................................................. 389 8.1.1 光学窗口式激光.............................................................................................. 389 8.1.2 透镜式激光..................................................................................................... 399 8.1.3 光纤耦合式激光.............................................................................................. 406 8.1.4 激光箔..................................................................................................... 415 8.1.5 激光飞片......................................................................................................... 417 8.1.6 结构形式激光........................................................................................... 420 8.2 激光点火器.................................................................................................................. 422 8.2.1 光学窗口式激光点火器.............................................................................................. 422 8.2.2 透镜式激光点火器..................................................................................................... 425 8.. 光纤耦合式激光点火器.............................................................................................. 427 8.3 动力源激光火工品........................................................................................................ 432 8.3.1激光推销器................................................................................................................. 432 8.3.2 激光拔销器................................................................................................................ 433 8.3.3 光机定序器................................................................................................................ 434 8.3.4 光纤缆切断装置......................................................................................................... 434 8.3.5 激光点火驱动的阀门.................................................................................................. 435 8.3.6 激光点火的推冲器..................................................................................................... 436 8.3.7 激光螺栓............................................................................................................ 436 8.3.8 激光驱动烟火光开关.................................................................................................. 437 8.3.9 激光点火的子弹......................................................................................................... 438 第9章 激光火工品系统...................................................................................................... 440 9.1 激光火工品系统设计.................................................................................................... 440 9.1.1 设计要求................................................................................................................... 440 9.1.2 计算方法的应用....................................................................................................... 441 9.1.3 激光火工系统的组成与能设计................................................................................ 441 9.2 激光起爆系统............................................................................................................... 443 9.2.1 固体激光起爆系统..................................................................................................... 443 9.2.2 烟火泵激光起爆系统.................................................................................................. 455 9.. 半导体激光起爆系统.................................................................................................. 458 9.3 激光点火系统............................................................................................................... 473 9.3.1 固体激光点火系统..................................................................................................... 473 9.3.2 烟火泵激光点火系统.................................................................................................. 478 9.3.3 半导体激光点火系统.................................................................................................. 481 9.3.4 激光隔板点火系统..................................................................................................... 484 9.4 动力源激光火工品系统................................................................................................. 486 9.4.1 激光点火驱动推销器系统........................................................................................... 487 9.4.2 激光点火驱动拔销器系统........................................................................................... 487 9.4.3 激光点火驱动阀门系统.............................................................................................. 487 9.4.4 激光点火驱动螺栓系统....................................................................................... 488 0章 激光火工品系统自诊断技术.................................................................................. 491 10.1 系统光路检测概述...................................................................................................... 491 10.2 自诊断技术原理.......................................................................................................... 492 10.2.1 激光火工品系统功能分析......................................................................................... 492 10.2.2 激光火工品系统自诊断工作原理.............................................................................. 493 10.. 光检测信号流程....................................................................................................... 493 10.2.4 反信号................................................................................................................. 496 10.2.5 自检光功率与时间的函数关系.................................................................................. 497 10.3 系统自诊断技术.......................................................................................................... 497 10.3.1 内置式自检系统....................................................................................................... 497 10.3.2 外置式自诊断系统................................................................................................... 504 10.3.3 单波长自诊断.......................................................................................................... 509 10.3.4 双波长单光纤自诊断................................................................................................ 510 10.3.5 双波长双光纤自检测技术......................................................................................... 511 10.3.6 光致发光自诊断系统................................................................................................ 512 10.3.7 编码调制式自诊断技术............................................................................................ 512 10.3.8 高灵敏度自动检测技术............................................................................................ 5 10.4 激光火工品自诊断设计............................................................................................... 529 10.4.1 平板窗口式激光、点火器自诊断.................................................................... 529 10.4.2 凸透镜式激光自诊断..................................................................................... 529 10.4.3 球透镜式激光自诊断..................................................................................... 530 10.4.4 光致发光式激光自诊断.................................................................................. 530 10.4.5 自聚焦激光火工品自诊断......................................................................................... 531 10.5 多路自诊断激光火工品系统........................................................................................ 535 10.5.13路自诊断激光火工品系统....................................................................................... 535 10.5.2 多路数字式自诊断激光火工品系统......................................................................... 536 1章 安全与可靠技术............................................................................................ 540 11.1 激光火工品系统的安全........................................................................................... 541 11.1.1 安全分析............................................................................................................. 541 11.1.2 保险与解除保险....................................................................................................... 545 11.1.3 半导体激光起爆系统的安全设计.......................................................................... 559 11.2 激光火工品系统的可靠........................................................................................... 564 11.2.1 可靠检测............................................................................................................. 564 11.2.2 系统能与可靠技术的发展.................................................................................. 567 11.. 激光多路点火系统的冗余设计.................................................................................. 573 11.2.4 激光火工品系统的可靠分析................................................................................. 575 11.2.5 半导体激光起爆系统的可靠计算.......................................................................... 575 11.3 激光起爆系统的可靠模拟....................................................................................... 581 11.3.1 激光起爆系统及其可靠影响因素......................................................................... 581 11.3.2 激光起爆系统可靠建模...................................................................................... 582 11.3.3 系统可靠模拟计算及结果分析............................................................................... 583 11.3.4 分析与讨论.............................................................................................................. 586 11.4 半导体激光起爆系统的环境安全与作可靠试验................................................. 586 11.5 激光火工品的质量保............................................................................................... 586 11.5.1 激光火工品组装环境要求......................................................................................... 586 11.5.2 质量一致要求...................................................................................................... 587 2章 激光火工品试验与检测......................................................................................... 589 12.1 激光火工品实验仪器与设备........................................................................................ 589 12.1.1 激光源..................................................................................................................... 589 12.1.2 检测仪器................................................................................................................. 591 12.1.3 试验设备................................................................................................................. 599 12.1.4 工艺设备................................................................................................................. 601 12.2 光学参数测量............................................................................................................. 603 12.2.1 光谱分析与测量....................................................................................................... 603 12.2.2 激光脉冲宽度测量................................................................................................... 606 12.. 激光功率能量测定.................................................................................................. 609 12.2.4 光纤缆传输效率测量................................................................................................ 610 12.2.5 分束器耦合传输效率测定......................................................................................... 612 12.2.6OTDR测量............................................................................................................... 613 12.2.7 光束观察分析.......................................................................................................... 615 12.2.8 非接触干涉测量....................................................................................................... 616 12.2.9 自聚焦透镜镀膜能试验......................................................................................... 616 12.2.10 光开关参数测定..................

鲁建存，男，汉族，陕西应用物理化学研究所研究员，享受津贴专家。1948年12月出生于陕西省城固县。1975年于北京理工大学火工品专业。先后参加30余项科研工作，其中，4项获得兵器集团二等奖与二等奖、2项获得原国防科工委三等奖、6项获得三等奖，主持编写了GB/T13889-1992《油气井用电通用技术条件》。在《火工品》《兵器激光》《激光技术》《光子学报》等杂志及中国激光工程应用学术会议、火工品与烟火学术会议、中国民用学术会议、空间飞行器火工装置学术会议、中国科协学术会议、靠前推进剂//烟火技术秋季研讨会、靠前测试学术会议、兵器科技创新论坛、兵工学会学术年会等会议上，发表、报告26篇。获国防发明授权10余项。曾担任硕士生导师、博士生副导师。