Способ формирования плоской волны лазерного излучения для локации удаленных объектов и устройство для его осуществления

 

Изобретение относится к технике квантовой радиофизики и касается способа формирования плоской волны лазерного излучения для локации удаленных объектов и устройства для его осуществления. Цель изобретения - уменьшение фазовых искажений, вносимых оптической средой достигается тем, что лазерное излучение три раза пропускают через оптическую среду, при этом третий раз - на частоте второй гармоники и с обращенным волновым фронтом. Устройство, в котором реализуется способ, содержит лазер, излучение которого проходит через поляроид, пластину /4, телескоп, возвращается к поляроиду селективным зеркалом и отражается поляроидом в обращающее волновой фронт зеркало через нелинейный кристалл и усилитель, при этом одновременно с отраженным излучением через нелинейный кристалл пропускают плоскую волну с поляризацией ортогональной поляризации отраженного излучения. 1 з. п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к технике квантовой радиофизики и касается вопросов разработки способов и создания лазерных систем, предназначенных для локации удаленных объектов.

Известны способы локации, включающие генерацию лазерного излучения, которое направляется с помощью поворотного зеркала в телескоп. В телескопе излучение расширяется до заданных размеров, улучшается его расходимость и оно направляется на исследуемый объект [1,2] . Оба эти способа идентичны и обладают общим недостатком: в них не компенсируются фазовые искажения, обусловленные погрешностями изготовления телескопа.

Более близким является способ локации (Proceedinos of the international conference of earth rotation and the terrestrial reference frame, frame, July31-dugust 2, 1985, Columbus, Ohio 1, p. 251), в котором лазерное излучение заводится в телескоп через центральное отверстие в зеркальном объективе телескопа. Этому способу присущ тот же недостаток, так как и в нем не компенсируются фазовые искажения самого крупного оптического элемента - телескопа.

Наиболее эффективными способами компенсации фазовых искажений являются способы, в которых реализуется явление ОВФ (обращение волнового фронта). Принцип компенсации фазовых искажений основан на том, что излучение дважды пропускается через фазоискажающий объект в прямом в обратном направлениях. При этом, распpостpаняясь в прямом направлении, излучение как бы записывает фазовые искажения. При распространении в обратном направлении после отражения от ОВФ зеркала в обращенном виде, искажения компенсируются и фронт волны принимает первоначальную форму. Однако такая методика компенсации не может быть использована в способе локации, так как для ее реализации потребовалось бы создать еще один телескоп, с помощью пластинки (фиг. 1) завести излучение от этого телескопа в другой телескоп 3 и далее в ОВФ зеркало 4. Но как видно, при этом искажения телескопа 2 не компенсируются.

Наиболее близким является способ формирования излучения, в котором производится пропускание лазерного излучения через оптическую среду в одном направлении, обращение волнового фронта излучения с изменением знака фазового искажения оптической средой на противоположный, пропускание обращенного излучения в обратном направлении и компенсации искажения фазы излучения в процессе этого второго его пропускания через оптическую среду. Полученное излучение содержит небольшие фазовые искажения и используется для локации.

Цель изобретения - уменьшение фазовых искажений, вносимых неоднородной оптической средой.

Цель достигается тем, что излучение трижды испытывает отражения от каждого из зеркал телескопа. Для этого лазерное излучение направляют в телескоп, прошедшее излучение возвращают назад селективным зеркалом, плотным для излучения, и направляют его через нелинейный кристалл и усилитель в ОВФ зеркало. При этом через нелинейный кристалл одновременно пропускают опорное излучение - плоскую волну с поляризацией, ортогональной по отношению к поляризации излучения отраженного от селективного зеркала, а отраженное от ОВФ зеркала и усиленное излучение преобразуют во вторую гармонику и вновь пропускают через телескоп и затем через селективное зеркало, прозрачное для второй гармоники.

Предложенный способ обладает новизной и существенными отличиями, так как не известны другие технические решения, где для компенсации фазовых искажений телескопа, излучение три раза испытывает отражения от его зеркал, причем третий раз на удвоенной частоте и с обращенным волновым фронтом.

Устройство, которое взято в качестве прототипа, содержит лазер, светоделитель, формирующую оптику и телескоп, в который излучение заводится через отверстие в зеркальном объективе, недостатком его является наличие фазовых искажений, обусловленных точностью изготовления телескопа.

Для их устранения устройство содержит плотное для лазерного излучения зеркало, первое селективное зеркало прозрачное для излучения и плотное для второй гармоники, поляроид, две пластины /4, второе селективное зеркало, отражающее лазерное излучение и пропускающее вторую гармонику, нелинейный кристалл, усилитель, ОВФ зеркало. При этом поляроид образует три пути распространения лазерного излучения, на первом из них за поляроидом по ходу распространения излучения перед телескопом размещена пластина /4 и за телескопом расположено второе селективное зеркало перпендикулярно направлению распространению, на втором оптическом пути распространения отраженного от селективного зеркала излучения размещены за поляроидом нелинейный кристалл, усилитель и ОВФ зеркало, на третьем пути, сооосным со вторым, по другую сторону от поляроида размещена вторая пластина /4 и плотное зеркало, а первое селективное зеркало нанесено на отражающую поверхность поляроида.

Изобретение поясняется фиг. 1 и 2.

Устройство (фиг. 2) содержит: лазер 1, поляроид 2, пластины /4 3,8, нелинейный кристалл 4, ОВФ зеркало с усилителем 5, телескоп 6, селективные зеркала 7, 10. Элементы 1, 2, 3, 6, 7 расположены на одной оптической оси. При этом зеркало 7 расположено перпендикулярно этой оси. Элементы 4, 5 размещены на другой оптической оси, образованной поляроидом 2, элементы 8, 9 - на продолжении второй оптической оси, причем зеркало 9 расположено перпендикулярно оптической оси. Селективное зеркало 10 нанесено на отражающую поверхность поляроида.

Взаимное расположение элементов обеспечивает работу устройства (фиг. 2) следующим образом. Излучение лазера 1 с круговой поляризацией частично проходит через поляроид 2, через пластину /4 - 3 и телескоп 6 до селективного зеркала 7, расположенных на одной оптической оси, и частично отражается на зеркало 9 через вторую пластину /4. Зеркала 7 и 9 возвращают излучение в обратном направлении до поляроида 2, в ОВФ зеркало с усилителем 5 через кристалл 4. При этом интенсивность излучения выбирается ниже пороговой для преобразования в КПД. Отразившись от ОВФ зеркала и усилившись в усилителе, излучение вновь попадает в КПД, где преобразуется во вторую гармонику и зеркалом 10 направляется по пути начального распространения до селективного зеркала 7, которое является прозрачным для второй гармоники. Таким образом, лазерное излучение дважды проходит через телескоп на длине волны лазера. При этом набег фазы окажется пропорционален K2 l (1), где K - волновой вектор, равный 2 /, l - величина изменения оптического пути из-за неточности изготовления. После обращения волнового фронта и удвоения частоты оно еще раз пройдет через телескоп и обратный набег будет равняться l , т. е. 2 K l, что равно (1), т. е. искажения компенсируются.

Устройство, в котором реализуется предложенный способ локации, должно содержать мощный лазер, например, неодимовый с круговой поляризацией излучения и с интенсивностью I_н 100 МВт/см², в качестве удвоителя частоты использовать кристалл КДП, а усилитель должен увеличивать интенсивность до величины, необходимой для эффективного преобразования излучения во вторую гармонику I_y 0,5 ГВт/см², с учетом эффективности отражения от ОВФ зеркала 20 % .

Таким образом, предлагаемый способ и устройство для его осуществления позволяют компенсировать фазовые искажения крупномасштабных оптических элементов (телескопа) при создании лазерных локаторов. А так как это самый крупный и самый дорогостоящий оптический элемент, к точности изготовления которого существенно снижаются требования, то и экономический эффект будет тем выше, чем более крупномасштабный телескоп необходим для локации какого-либо удаленного объекта. (56) 1. Воронцов М. А. Шмальгаузен "Принципы адаптивной оптики. М. : Наука, 1985, с. 39-40.

2. То же, с. 81-82.

Формула изобретения

1. Способ формирования плоской волны лазерного излучения для локации удаленных объектов, основанный на генерации лазерного излучения, пропускании его через оптическую среду в первом направлении, обращении волнового фронта излучения, компенсации искажения фазы излучения, отличающийся тем, что, с целью уменьшения фазовых искажений, вносимых оптической средой, в нем до обращения волнового фронта, пропускают лазерное излучение во втором направлении, обратном первому, смешивают это излучение с опорным излучением с поляризацией, ортогональной поляризации лазерного излучения во втором направлении, усиливают полученное излучение, и после обращения волнового фронта излучения, выделяют вторую гармонику излучения, а компенсацию искажения фазы излучения, осуществляют пропусканием второй гармоники излучения в первом направлении.

2. Устройство для формирования плоской волны лазерного излучения для локации удаленных объектов, содержащее оптически сопряженные лазер, светоделитель, формирующую оптику и телескоп, отличающееся тем, что в него введены сопряженные с телескопом и прозрачное для второй гармоники излучения селективное зеркало и первая пластина / 4, а светоделитель выполнен в виде поляроида с селективным зеркалом, формирующая оптика - в виде обращающего волновой фронт зеркала с усилителем, оптически сопряженных с нелинейным кристаллом, и зеркала, оптически сопряженного с второй пластиной / 4, при этом первая грань поляроида оптически сопряжена с лазером, вторая грань оптически сопряжена с второй пластиной / 4, третья грань оптически сопряжена через пластину / 4 с телескопом, а четвертая грань оптически сопряжена с нелинейным кристаллом.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2