Доплеровский оптический локатор

 

Использование: в квантовой электронике, а именно при разработке источников излучения в доплеровском оптическом локаторе. Сущность изобретения: в состав оптического локатора, содержащего задающий квантовый генератор, блок развязки и усилитель, дополнительно введены частотностабилизированный лазер и фотоприемник с блоком обработки сигнала, связанным с пьезоэлектрическим приводом глухого зеркала резонатора задающего квантового генератора. Блок развязки выполнен из двух связанных между собой по отраженному лучу светоделителей, один из которых установлен между задающим квантовым генератором и усилителем, а другой - между частотно-стабилизированным лазером и фотоприемником. 3 ил.

Изобретение относится к квантовой электронике и может быть использовано при разработке источников излучения в доплеровском оптическом локаторе. Целью изобретения является упрощение конструкции мощного доплеровского локатора и повышение точности измерений за счет повышения стабильности частоты излучения квантового генератора. На фиг. 1 изображена блок-схема предлагаемого локатора; на фиг. 2 блок-схема блока обработки сигналов; на фиг. 3 кривые, поясняющие работу блока обработки сигналов. Устройство содержит задающий квантовый генератор 1, содержащий активную среду 2, полупрозрачное зеркало 3, глухое зеркало 4, кинематически связанное с пьезоприводом 5, светоделитель 6, оптический усилитель 7, дополнительный частотно-стабилизированный лазер 8, светосоединитель 9, фотоприемник 10, блок 11 обработки сигнала. Блок развязки состоит из светоделителя 6 и светосоединителя 9. Блок 11 обработки сигнала содержит частотный детектор 12, дифференцирующую цепочку 13, компаратор 14. Оптический локатор работает следующим образом. Часть излучения задающего генератора 1 с частотой ₁ через светоделитель 6 и светосоединитель 9 попадает на светочувствительный элемент фотоприемника 10. На эту же площадку подается через светосоединитель 9 излучение стабилизированного лазера 8 с частотой ₂. На выходе фотоприемника вырабатывается сигнал с комбинационной частотой (₂-₁). В составе блока 11 обработки сигнала имеется фазовый детектор и компаратор, которые вырабатывают сигнал управления, подаваемый на пьезопривод с амплитудой, пропорциональной величине (₂-₁) и с таким знаком, который обеспечит перемещение зеркала 4 в нужном направлении. При попадании отраженного случайной фазой излучения в ОКГ 1 изменяется его частота ₁, что приводит к появлению сигнала с амплитудой, пропорциональной (₂-₁) на выходе блока 11, под действием которого перемещается зеркало 4 и изменяется частота ₁. Блок 11 обработки сигнала работает следующим образом. Пусть с изменением положения зеркала 4 разность частот увеличивается, тогда сигнал на выходе частотного детектора 12 будет возрастать (сигнал в точке а). После дифференцирования сигнала цепочкой 13 на управляющем входе компаратора появится (в точке б) положительный сигнал. В результате срабатывания компаратора на его выходе появится сигнал с выхода частотного детектора обратной полярности (в точке в). Это вызовет к перемещению зеркала в противоположном направлении и, следовательно, к уменьшению ₁. В этом случае, когда перемещение зеркала 4 вызывает уменьшение разности частот, сигнал на выходе детектора 1 уменьшается. Соответственно на управляющем входе компаратора формируется сигнал отрицательной полярности, при котором он не срабатывает. Таким образом, блок 11 обработки сигнала выдает на выходе сигнал той полярности, которая обеспечивает уменьшение разности (₂-₁), т.е. стабилизацию задающего ОКГ 1 лазером 8. Добавление дополнительного канала, состоящего из светоделителя, второго частотно-стабилизированного лазера, светосоединителя, фотоприемника и блока обработки сигнала обеспечивает выработку сигнала пропорционального разности частот задающего ОКГ и второго частотно-стабилизированного лазера и перемещение непрозрачного зеркала на величину, пропорциональную величине сигнала, что приводит к изменению резонансной частоты резонатора, задающего ОКГ, таким образом, чтобы скомпенсировать расстройку между задающим ОКГ и частотно-стабилизированным лазером. Отличием предложенной конструкции от известных является более удачное расположение оптических элементов друг относительно друга так, что излучение, отраженное от оптических элементов устройства (светоделителей, фотоприемника) не попадает в задающий генератор. Кроме того, поскольку отраженное излучение от усилителя не может попасть во второй частотно-стабилизированный лазер, то такая схема по сравнению с прототипом компенсирует погрешности, вызванные отражением сигнала. Предложенный локатор, по сравнению с прототипом, имеет более простую конструкцию, т.к. нет необходимости использовать мощные магниты, работающие на сверхпроводниках, а также элементы (InSb), работающие при температуре жидкого гелия. Кроме того, предложенный локатор компенсирует нестабильность частоты, вызванную отражением света от границ активной области усилителя. П р и м е р. В качестве задающего оптического квантового генератора 1 и частотно-стабилизированного лазера 8 использовались стабилизированные волноводные СО₂-лазеры с пьезоприводом, одно из зеркал которых выполнено в виде дифракционной решетки. Усилитель 7 представляет собой последовательно установленные трубки с диффузионным охлаждением. В качестве светоделителя использовались пластины из КСl, фотоприемник 10 стандартный ФСГ-22. При выходной мощности 10³ Вт нестабильность излучения не превышала 10⁴ Гц.

Формула изобретения

ДОПЛЕРОВСКИЙ ОПТИЧЕСКИЙ ЛОКАТОР, содержащий установленный последовательно и оптически связанные задающий квантовый генератор, одно из зеркал которого выполнено глухим, блок развязки, усилитель и блок наведения излучения на объект, а также систему приема отраженного оптического излучения и систему сравнения его с излучателем задающего квантового генератора, отличающийся тем, что, с целью упрощения конструкции и повышения точности измерений, он снабжен оптически связанными между собой дополнительным частотно-стабилизированным лазером и фотоприемником, с блоком обработки сигнала, глухое зеркало резонатора задающего квантового генератора снабжено пьезоэлектрическим приводом, блок развязки выполнен в виде оптически связанных светосоединителя и светоделителя, причем светоделитель установлен между задающим квантовым генератором и усилителем, а светосоединитель между выходом дополнительного частотно-стабилизированного лазера и фотоприемником, кроме того, выход блока обработки сигнала фотоприемника связан с входом пьезоэлектрического привода глухого зеркала резонатора задающего квантового генератора.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3