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 ω₁ 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 ω₂. На выходе фотоприемника вырабатывается сигнал с комбинационной частотой (ω₂-ω₁). В составе блока 11 обработки сигнала имеется фазовый детектор и компаратор, которые вырабатывают сигнал управления, подаваемый на пьезопривод с амплитудой, пропорциональной величине (ω₂-ω₁) и с таким знаком, который обеспечит перемещение зеркала 4 в нужном направлении. При попадании отраженного случайной фазой излучения в ОКГ 1 изменяется его частота ω₁, что приводит к появлению сигнала с амплитудой, пропорциональной (ω₂-ω₁) на выходе блока 11, под действием которого перемещается зеркало 4 и изменяется частота ω₁. 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 ω₁. 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 (ω₂-ω₁), 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