Моделирование и анализ процессов в атмосферной линии связи на основе лазерных технологий

• Автор: Краснов, Роман Петрович
• Шифр специальности: 05.13.18
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2005
• Место защиты: Воронеж
• Количество страниц: 159 с. : ил.

Введение

1. Обобщенная структурная модель АОЛС

1.1.Современные средства расчета и проектирования лазерных и оптических систем.

1.2.Принципы построения модели АОЛС.

1.3.Проблематика моделирования АОЛС.

1.4.Оптимизация общих характеристик АОЛС

1.5.Выводы по первой главе

2. Математическое моделирование физических процессов в активной

среде Слазера

2.1.Высокочастотное электромагнитное возбуждение углекислотного

лазера.
2.2.Численный метод анализа диэлектрической проницаемости плазмы активной среды
2.2.1. Математическое описание плазмы
2.2.2. Результаты компьютерного моделирования
2.3.Численный метод расчета энергетических характеристик
СОгизлучаетля лазерного передатчика
2.3.1. Многотемпературная квантовоэлектронная модель
активной среды С лазера
2.3.2. Численное решение уравнения Больцмана и определение скоростей элементарных процессов.
2.3.3. Построение и реализация алгоритма счета.
2.3.4. Компьютерный расчет функции распределения
электронов по энергиям в активной среде.
2.3.5. Реализация счетного алгоритма решения шеститемпературной модели
2.4.Выводы по второй главе.
3. Алгоритм разработки СОглазера с высокочастотным возбуждением
для передатчика атмосферной оптической линии связи.
3.1.Разработка и численный расчет излучателя СОглазерного передатчика
3.1.1. Требования к излучателю
3.1.2. Выбор конструкции
3.1.3. Моделирование и расчет линейного лазера с радиорезонатором накачки Нтипа
3.1.4. Моделирование и расчет дискового лазера с радиорезонатором накачки тороидального типа.
3.2.Выбор режимов излучения лазерного передатчика.
3.2.1. Непрерывный режим оптического излучения.
3.2.2. Импульсный режим оптического излучения
3.2.3. Режим перестройки частоты оптического излучения.
3.3.Выводы по третьей главе.
4. Алгоритм процедуры приема сигнала в атмосферной оптической
линии связи.
4.1.Моделирование процедуры обнаружения и оптимального приема оптического сигнала.
4.2.Моделирование атмосферного канала прохождения оптического излучения.
4.3.Моделирование процедуры взаимного наведения лазерного передатчика и приемника АОЛС
4.4.Построение и реализация алгоритма счета.
4.5.Выводы по четвертой главе.
Заключение
Список литературы


Сложность их многогранна в техническом отношении только в лазерной аппаратуре и ни в какой иной потребовались секундные угловые точности юстировки зеркал и доведение чувствительности приемников до способности регистрировать отдельные фотоны света в технологическом отношении лазеры потребовали высочайшего качества изготовления оптических элементов с точностью до части длины волны света, синтеза активных сред с поштучным взаимным размещением атомов в кристаллах в теоретическом плане расчет лазерных систем предполагает одновременное часто самосогласованное решение задач, относящихся к разным фундаментальным разделам волновой оптики, электродинамики, физики плазмы для газовых лазеров, квантовой электроники и др. Поскольку в основе действия лазеров лежат процессы квантовых переходов возбужденных атомов и молекул между различными энергетическими состояниями, а физические константы этих элементарных актов известны весьма неточно или неизвестны совсем, то процедура разработки и изготовления лазерной аппаратуры без предварительного оптимизационного числового расчета технических характеристик лазеров и лазерных систем, к сожалению, пока невозможна. В частности, трудоемкость проектирования и корректировки параметров систем АОЛС ставит вопрос о необходимости переноса основного объема расчетов на ЭВМ. Давно доказано, что компьютерное моделирование многих сложных систем позволяет значительно удешевить их проектирование, а также снизить объемы доводочных работ. В отношении лазерных систем этот вывод более чем оправдан. Большинство известных программных средств, предназначенных для расчета и моделирования элементов оптических систем, позволяет учитывать как различные физические эффекты, сопровождающие прохождение световых потоков через газы и оптические узлы дифракция, двулучепрсломление, дисперсия, деполяризация, ослабление и т. В данном разделе рассмотрены особенности самых распространенных на сегодняшний день программных средств компьютерного моделирования оптических систем. Орбкегкз 4. Здесь у и и соответственно координата и угол некоторой точки волнового фронта до прохождения оптического элемента, а у и и после. Матричные элементы А, В, С, Э отдельного оптического элемента определяются его геометрией. АВСОматрицы в ОрПклуегкэ каскадируются, что позволяет использовать как предустановленные или заданные пользователем модели элементов, так и их группы. Такие групповые элементы образуются путем объединения элементарных составляющих в одно целое. В ОрбкууегкБ используются два специальных источника света лазер и светоизлучающий диод. Для каждого из них можно задать длину волны выходного излучения и форму оптического импульса. Пример реализации интерфейса показан на рис. Поддерживаются каталоги различных типов оптических стекол , , i. VI , iii, , i, i v. Рис. Программа Vi предназначена для конструирования лазерных резонаторов и анализа распространения гауссовых пучков в сложных оптических системах 4. Основана программа на матричных вычислениях. Симуляция распространения излучения строится на основе АВСОматриц. При расчете используются матрицы формата 2x2. Эмулируется только распространение идеальных гауссовых импульсов. В пакете V 2. Среди дополнительных элементов рассматривается влияние плоских, клиновидных и тангенциальных зеркал, пластинок, расположенных под углом Брюстера, и линз различного типа. При заполнении элементов АВСЭматрицы вручную добавляется возможность использования элементов, определяемых пользователем. В пакете реализован просмотр в виде трехмерного объекта волнового фронта на входе и выходе каждого элемента, составляющего оптическую систему. Программа имеет удобный интерфейс, позволяющий быстро оценить результаты работы см. РАКАХ1АР1и5 пакет, в котором анализируется распространение лазерного излучения через системы линз, зеркал сложных форм, а также в свободном пространстве 5. РАКАХРЬб позволяет также эмулировать распространение лазерного излучения внутри резонаторов традиционных типов. Анализ поведения волновых фронтов ведется на основе АВСЭматриц. Пакет содержит обширную библиотеку готовых компонентов, а также библиотеки различных стекол. Пакет реализован на языке Ое1рЫ. Поддерживаются скрипты, реализованные в АБСН коде, допускается использование внешних динамических библиотек ЭЬЬ.