Особенности гетеродинного приема лазерного излучения и линейное фазирование независимых излучателей

• Автор: Грязнов, Николай Анатольевич
• Шифр специальности: 01.04.05
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2003
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 121 с. : ил.

Глава 1. Проблемы транспортировки когерентного излучения на большие расстояния с использованием методов адаптивной оптики (обзор литературы)

1.1. Основные проблемы транспортировки излучения на большие расстояния

1.2. Нелинейно-оптические методы формирования волнового фронта большого поперечного сечения и его точной адресации
1.3. Системы формирования волнового фронта и наведения излучения, базирующиеся на подходах линейной адаптивной оптики
1.4. Астрономические адаптивные телескопы и системы для передачи лазерного излучения на удаленные объекты
1.5. Способы извлечения информации о фазе излучения и недостатки традиционных датчиков волнового фронта
Глава 2. Гетеродинное фазовое детектирование в лазерных системах и при анализе волнового фронта излучения
2.1. Особенности гетеродинного анализа волнового фронта, усиление сигнала при гетеродинном приеме и факторы, определяющие его предельные возможности

2.2. Преобразование сигнала и шума в системе вторичного детектирования

2.3. Погрешность определения фазы и амплитуды при гетеродинном приеме

2.4. Использование матричного приемника в гетеродинном аэрозольном лидаре атмосферы для повышения потенциала системы
2.5. Экспериментальные исследования предельных возможностей гетеродинного анализа волнового фронта
Глава 3. Методы и средства коррекции волнового фронта когерентного
излучения
3.1. Механические методы коррекции волнового фронта, их особенности и предельные возможности (обзор литературы)
3.2. Электрооптические быстродействующие фазовые модуляторы для компенсации высокочастотных вибраций элементов оптического тракта

3.3. Применение электрооптических фазовых корректоров в качестве
внутрирезонаторных частотных модуляторов
Глава 4. Релаксационные колебания в одномодовом оптическом генераторе
4.1. Возбуждение релаксационных колебаний при смещении частоты
генерации
4.2. Релаксационные колебания и стабилизация частоты СОг-лазера
4.3. Управление параметрами релаксационных колебаний при помощи поглощающей ячейки
Глава 5. Сопряженное фазирование независимых излучателей как метод
построения систем транспортировки лазерного излучения
5.1. Преимущества использования системы независимых излучателей и основные принципы их частотного согласования в ходе процедуры сопряженного фазирования
5.2. Оптическая схема системы сопряженного фазирования и алгоритм сопряженного фазирования с частотным согласованием
5.3. Алгоритм работы системы фазирования локальных гетеродинов модулей
5.4. Параметры системы сопряженного фазирования и алгоритм ее запуска
5.5. Факторы, определяющие предельные возможности метода
Заключение
Литература

Эффективность передачи энергии лазерного излучения на большие расстояния определяется его угловой расходимостью и точностью наведения луча. Волновой фронт (ВФ) лазерного излучения искажается как в самих лазерах, так и в оптических системах, формирующих и направляющих излучение. Распространение излучения в атмосфере также сопровождается искажением волнового фронта [1], вызванным турбулентностью атмосферы и тепловым самовоздействием излучения.
Для контроля формы волнового фронта и повышения эффективности доставки энергии используются методы как адаптивной, так и нелинейной [2] оптики. Последние успехи лазерной техники в области создания непрерывных лазеров с высокой эффективностью [3] и стабильностью частоты излучения [4] стимулируют развитие новых методов линейной адаптивной оптики и открывают широкие возможности для построения систем передачи излучения. Прогресс в области адаптивной оптики способствует решению большого числа задач, среди которых создание экологически безопасных и экономически рентабельных внеземных источников энергии [5], уничтожение космического мусора, снабжение космических аппаратов энергией, изменение траекторий объектов и т.п.
Особую актуальность проблеме лазерной транспортировки энергии придает, в частности, проект лунного энергетического парка (ЬЕР) [6], нацеленный на освоение природных ресурсов Луны для решения проблем глобального энергетического кризиса. В рамках этой концепции предполагается строительство на поверхности Луны ядерных реакторов, работающих на топливе, добываемом из ее недр. Ключевой научной проблемой концепции является доставка энергии с Луны на Землю [6] при помощи лазерного излучения. Для ее решения в рамках проекта МНТЦ №929 «Разработка методов контроля лазерного пучка с использованием нелинейной и когерентной оптики» были привлечены специалисты НИИ ЛФ. В их задачу входил поиск надежной и работоспособной концепции построения лазерной системы транспортировки на базе анализа особенностей реализации космических лазерных систем.
В ходе проведенного анализа [7] были выявлены общие принципы построения подобной системы, важнейшие из которых:
1) многомодульная схема построения лазера;
2) использование сегментированных расширителей пучка;
Увеличение потенциала системы на предельной дальности является далеко не единственным преимуществом матричного приема при гетеродинировании. В когерентных лидарах, как правило (см., например, [69]), для подавления бликов используют разнесенные выходную и входную апертуры с совмещением осей на предельной дальности. В этом случае увеличение поля зрения матрицы по сравнению с одиночным приемником отражается на увеличении геометрического форм-фактора в ближней и средней зоне. Для оценки отношения сигнал/шум в системах с параллаксом осей выражение (21) преобразуется в уравнение:
/ ((?>,-Д*(£-*)/I2 )+¥>')'
<р1
(22)
где Ах - параллакс осей, Ь - расстояние, на котором совмещаются оси, а г - расстояние до зоны зондирования.
5/Л
5/Л
Э/Л!
5/Л
Рис. 13. Отношение сигнал/шум в зависимости от реальной мощности анализируемого излучения, падающей на входную апертуру одиночного приемника (сплошная линия) и 25-элементной квадратной матрицы (пунктирная линия), при различной расходимости зондирующего излучения