摘要：為(wei) 了直接測量遠場激光光斑，設計開發了一套基於(yu) 熱釋電探測器陣列靶的激光光斑測量係統。針對熱釋電探測器噪聲特性，將探測器響應信號通過前置放大、增益放大、峰值保持、A／D采集等電路處理，最後由主控計算機存儲(chu) 光斑信息，並對光斑圖像進行分析處理。通過實際的遠場激光測試實驗，驗證了該設計能夠有效測量遠場激光光斑。

　　0 引言

　　激光武器裝備的作戰效能直接取決(jue) 於(yu) 發射激光到達靶目標處光斑的能量密度及分布。激光武器都是遠距離作戰，通用的激光功率／能量檢測設備因接收口徑有限，隻能檢測到極小特定空域內(nei) 的激光能量，不能滿足在遠場對激光武器光束質量的檢測。遠場激光的檢測必須采用專(zhuan) 用的方法和設備。目前，遠場激光光斑的測量主要有兩(liang) 種方法，一種是非接觸式的攝像法；一種是探測器陣列直接測量法，即用探測器陣列靶直接接收激光，通過探測器後續處理電路得到激光光斑空間的絕對能量密度分布。本文重點研究探測器陣列測量係統中的硬件電路設計。

　　1 熱釋電探測器噪聲特性分析

　　當前光斑測量所用探測器材料品種眾(zhong) 多，其中熱釋電探測器由於(yu) 具有高靈敏度而備受關(guan) 注，它是由鉭酸鋰(LiTaO3)材料製成。鉭酸鋰探測器是利用晶體(ti) 的自極化效應工作的，具有熱電效應。無外部機械力或電場的作用時，鉭酸鋰晶體(ti) 的自發極化強度隨溫度變化而改變。在探測器光敏麵受到激光照射時，會(hui) 使其晶片的溫度發生變化，從(cong) 而產(chan) 生電荷流動，外電路閉合便形成熱電流。

　　鉭酸鋰熱釋電探測器具有溫度穩定性高、環境溫度適應範圍寬、頻率範圍寬等優(you) 點，同時也存在一些不足，如幹擾噪聲較難控製。該探測器噪聲主要是由電子無規則熱運動產(chan) 生的熱噪聲。

　　熱噪聲也叫約翰遜噪聲：

　　式中：k是玻爾茲(zi) 曼常數；T是導體(ti) 或電阻的絕對溫度(單位：K)；R是電阻或阻抗的實部；△fn是等效噪聲功率帶寬。這個(ge) 噪聲對大信號影響不大，但對微弱信號會(hui) 產(chan) 生較大的幹擾。所以在設計電路時要對探測器的噪聲進行嚴(yan) 格控製。

　　2 激光光斑測量係統的電路設計

　　激光光斑測量係統的電路設計框圖如圖1所示。熱釋電探測器光敏麵接收激光照射信號，經熱釋電效應將光能量轉換成電脈衝(chong) 信號，再經峰值保持、可變增益放大、A／D采集和主控計算機處理得到該探測器點對應的激光參數。

　　2．1 信噪比選取及放大電路設計

　　熱釋電探測器由晶體(ti) 的極化效應產(chan) 生的電壓為(wei) 3．05 mV～3．05 V，為(wei) 保證在輸出端有足夠的信噪比，應盡量提高信號放大器的輸出電壓。由於(yu) 放大器在信號放大的過程中，噪聲也同時被放大，在滿足最小10 mV的前提下應盡量減少放大倍數。因此，取係統信噪比SNR=3。

　　為(wei) 保證輸出信號有足夠的電壓值，根據前置放大的輸出幅值和後級放大帶寬影響，增益選擇30 dB的動態範圍。前置放大電路必須采用高輸入阻抗的低噪聲前置放大器，在該設計中放大器采用了儀(yi) 表用高精度線性放大器。為(wei) 降低外部電磁幹擾，放大電路外殼體(ti) 采取了屏蔽措施。為(wei) 降低共模噪聲幹擾，放大電路采用了差分電路，以提高輸入信號的信噪比，如圖2所示。