Способ передачи энергии оптического излучения через неоднородную среду


 

H04B10/00 - Передающие системы, использующие потоки корпускулярного излучения или электромагнитные волны, кроме радиоволн, например световые, инфракрасные (оптические соединения, смешивание или разделение световых сигналов G02B; световоды G02B 6/00; коммутация, модуляция и демодуляция светового излучения G02B,G02F; приборы или устройства для управления световым излучением, например для модуляции, G02F 1/00; приборы или устройства для демодуляции, переноса модуляции или изменения частоты светового излучения G02F 2/00; оптические мультиплексные системы H04J 14/00)

Владельцы патента RU 2572586:

Акционерное общество "Концерн "Созвездие" (RU)

Изобретение относится к области оптики. Технический результат состоит в увеличении дальности передачи энергии электромагнитного излучения оптического диапазона, снижении потерь передачи его через атмосферу. Для этого с помощью лазерного излучателя создают завихренное оптическое поле с синфазной поверхностью в виде спирали, которым воздействуют на микрочастицы неоднородной среды и создают в ней канал просветления с малой концентрацией мешающих микрочастиц. Внутри образовавшегося канала просветления формируют оптическое поле, энергию которого необходимо передать через неоднородную среду, с длиной волны, отличающейся либо совпадающей с длиной волны завихренного оптического поля. 1 ил.

 

Известен способ передачи лазерного излучения на объект, основанный на формировании серии импульсов лазерного излучения с некоторой длиной волны, приеме отраженного от объекта излучения на двух отличающихся длинах волн (с определением координат направления лазерного излучения и координат центра теплового пятна на объекте по вышеупомянутым длинам волн) и корректировке передачи последующего импульса по результатам анализа отраженного предыдущего импульса (RU 2270523 С1). Недостатком данного способа является зависимость его эффективности от наличия мешающих неоднородных (аэрозольных) сред на пути распространения лазерного излучения.

Известен также способ передачи оптических импульсов несколькими лазерными лучами, заключающийся в формировании центрального лазерного луча и оболочки вокруг него в виде тоннеля, образованного одним лучом или пучком лучей, контактирующих между собой (RU 2262199 С2). Возможно также формирование тоннеля путем вращения относительно центрального луча, образованного пучком встречных лучей. Недостатком этого способа является возникновение неоднородностей внутри тоннеля при формировании его в аэрозольной среде вследствие дробления капель аэрозоля под воздействием интенсивного лазерного излучения.

Наиболее близким к предлагаемому решению является способ, представленный в диссертации Слесарева А.Г. на тему «Распространение импульсов лазерного излучения в просветляемой облачной среде».

Способ, принятый за прототип, заключается в тепловом воздействии интенсивным лазерным излучением на облака и туманы с целью создания в них локальных областей повышенной прозрачности - зон (каналов) просветления [1].

При воздействии мощного лазерного излучения облачные капли, поглощая энергию лазерного излучения, нагреваются и испаряются, что приводит к увеличению оптической прозрачности просветляемой среды (теория регулярного испарения капель); с увеличением интенсивности воздействующего излучения регулярный режим испарения капель сменяется их взрывным разрушением. Создаваемые таким образом каналы просветления можно использовать в качестве оптических волноводов для распространения зондирующего излучения (возможно, имеющего другую длину волны).

Недостатки данного способа

1. При воздействии на облачные среды интенсивным непрерывным лазерным излучением имеет место следующий эффект: поглощая энергию излучения, облачные капли становятся источниками тепловой энергии. Теплоотдача от капель приводит к дополнительному нагреву окружающей их воздушной среды. В силу различных причин: неоднородности распределения интенсивности по поперечному сечению пучка мощного лазерного излучения, поглощения и рассеяния излучения в облаке, пространственной неоднородности микроструктуры среды, наличия в облаке макроскопических движений (ветра) и турбулентности, в области воздействия формируются дополнительные неоднородности диэлектрической проницаемости. В свою очередь, среда оказывает обратное влияние на распространение интенсивного лазерного излучения в облаке. Это выражается в нестационарности сформированного канала прохождения лазерного излучения, перераспределении интенсивности в поперечном сечении пучка, смещении центра его интенсивности, дополнительном уширении, возникновении дополнительных флуктуаций параметров воздействующего излучения.

2. В случае воздействия на аэрозольные среды импульсного лазерного излучения, созданию каналов просветления в аэрозолях атмосферы может воспрепятствовать (или частично замедлить этот процесс) эффект вторичной конденсации. Возникновение этого эффекта возможно в связи с тем, что в процессе воздействия мощного лазерного излучения поступающий в среду горячий пар от испаряющихся капель, при определенных условиях, может оказаться пересыщенным из-за недостаточного оттока тепла в среду от капель, а также за счет газового поглощения. Релаксация избытка пара в этих областях может происходить путем гетерогенной или гомогенной конденсации (Коровин В.Я., Иванов Е.В. Экспериментальное исследование воздействия излучения CO2-лазера на капли воды. В кн.: III Всесоюзный симпозиум по распространению лазерного излучения в атмосфере: Тезисы докладов. Томск, 1975, с. 93, 94).

Задачей предлагаемого изобретения является снижение энергетических затрат на создание каналов просветления в аэрозольных средах.

Достигаемый технический результат - снижение затухания лазерного излучения; существенное увеличение дальности передачи энергии электромагнитного излучения оптического диапазона.

Для решения поставленной задачи в способе передачи энергии оптического излучения через неоднородную среду, согласно изобретению, с помощью лазерного излучателя создают завихренное оптическое поле с синфазной поверхностью в виде спирали, которым воздействуют на микрочастицы неоднородной среды и создают в ней канал просветления, в котором концентрация мешающих микрочастиц существенно меньше, чем вне его; внутри образовавшегося канала просветления формируют оптическое поле, энергию которого необходимо передать через неоднородную среду, с длиной волны, отличающейся либо совпадающей с длиной волны завихренного оптического поля.

Заявляемый способ заключается в следующем.

С использованием лазера формируется завихренное оптическое поле с синфазной поверхностью в виде спирали (способы его формирования описаны в следующих источниках [2], [3], [4]), которое за счет давления светового потока на микрочастицы среды распространения (а также - за счет создания различного рода световых ловушек для разных типов частиц: пыль, капли аэрозоля и др.) заставляет их вращаться вокруг оси лазерного пучка [5]-[11].

Внутри образовавшейся полой области, в которой концентрация мешающих микрочастиц существенно меньше, чем вне ее, с помощью лазерного излучателя (на той же самой или отличающейся длине волны) формируется электромагнитное поле оптического диапазона, например, с плоским фазовым фронтом, энергию которого необходимо передать.

Изобретение поясняется чертежом (фиг. 1), где представлена схема способа передачи энергии электромагнитного излучения через неоднородную среду, основанного на использовании завихренного лазерного излучения для создания канала просветления.

На фиг. 1 введены следующие обозначения:

1 - излучатель завихренного электромагнитного поля оптического диапазона;

2 - излучатель электромагнитного поля оптического диапазона, которое необходимо передать;

3 - завихренное электромагнитного поля оптического диапазона;

4 - электромагнитное поле оптического диапазона, которое необходимо передать;

5 - неоднородная среда;

6 - канал просветления, формируемый в неоднородной среде;

7 - приемник излучения.

Способ реализуется следующим образом.

Излучателем 1 (фиг. 1) формируется завихренное электромагнитное поле оптического диапазона 3, которое излучается в сторону приемника излучения 7 и создает в неоднородной среде распространения 5 канал просветления 6. Излучателем 2 формируется излучение оптического диапазона с плоским фазовым фронтом 4, которое проходит внутри образованного канала просветления в неоднородной среде и достигает приемника излучения 7 с минимальными потерями.

В качестве приемника излучения 7 может быть объект, подлежащий разрушению интенсивным лазерным излучением, формируемым излучателем 2.

Формирование с помощью описанного выше способа канала просветления в среде распространения с неоднородностями позволяет: существенно снизить затухание лазерного излучения; существенно увеличить дальность передачи энергии оптического диапазона волн, поскольку концентрация рассеивающих и поглощающих частиц в сформированном просветленном канале существенно ниже, чем вне его.

Источники информации

1. Грачев Ю.Н., Стрелков Г.М. Изменение прозрачности водного аэрозоля под воздействием импульса излучения CO2-лазера. Квантовая электроника, 1976, Т. 3, №3, С. 621-625.

2. L. Alien, M.W. Beijersbergen, R.J.C. Spreeuw, and J.P. Woerdman, «Optical angular momentum of light and the transformation of Laguerre-Gauss laser modes», Phys. Rev. A, vol. 45, no. 11, pp.8185-8189, 1992.

3. G. Tumbull, D.A. Robertson, G.M. Smith, L. Alien, and M.J. Padgett, «The generation of free-space Laguerre-Gaussian modes at millimetre wave frequencies by use of a spiral phaseplate», Optics Commun., vol. 127, pp. 183-188, 1996.

4. Сойфер В.А., Котляр В.В., Хонина С.Н., Скиданов Р.В. Дифракционные оптические элементы для оптического манипулирования микрочастицами // Материалы международного форума по голографии Экспо-2004 - 2004. 19-22 октября, Москва, с. 62-63).

5. Molina-Terriza G., Torres J.P. and Tomer L 2007 Twisted photons // Nature Phys. 3 305-10; Grier D.G. 2003. A revolution in optical manipulation // Nature 424 810-6.

6. Tamburini F., Thid′e В., Molina-Terriza G. and Anzolin G. 2011 Twisting of light around rotating black holes // Nature Phys. 7 195-7.

7. Friese M.E. J. et al. Optical angular-momentum transfer to trapped absorbing particles // Phys. Rev. 1996. V. 54, No. 2. P. 1593A1596.

8. Skidanov R.V., Kotlyar V.V., Khonina V.V., Volkov A.V. and Soifer V.A. Micromanipulation in Higher-Order Bessel Beams // Optical Memory and Neural Networks (Information Optics) - 2007. v. 16, №. 2, p.84.

9. Сойфер В.А., Котляр В.В., Хонина С.Н., Скиданов Р. В. Вращение микрочастиц в световых полях // Компьютерная оптика - 2005. Вып. 28, С. 5-17.

10. Скиданов Р.В., Котляр В.В., Хонина С.Н. Экспериментальное исследование передачи орбитального углового момента сферическим микрочастицам // Известий СНЦ РАН - 2006. №4. С. 1200-1211.

11. Сойфер В.А., Котляр В.В., Хонина С.Н. Оптическое манипулирование микрообъектами: достижения и новые возможности, порожденные дифракционной оптикой // Физика элементарных частиц и атомного ядра - 2004. Т. 35. Вып. 6. С. 1367-1430.

Способ передачи энергии оптического излучения через неоднородную среду, отличающийся тем, что с помощью лазерного излучателя создают завихренное оптическое поле с синфазной поверхностью в виде спирали, которым воздействуют на микрочастицы неоднородной среды и создают в ней канал просветления, в котором концентрация мешающих микрочастиц существенно меньше, чем вне его; внутри образовавшегося канала просветления формируют оптическое поле, энергию которого необходимо передать через неоднородную среду, с длиной волны, отличающейся либо совпадающей с длиной волны завихренного оптического поля.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области волоконно-оптических систем передачи информации, а именно к когерентным системам связи со спектральным мультиплексированием. Технический результат состоит в повышении спектральной эффективности системы.

Изобретение относится к сетевому узлу, в частности к обеспечению возможности первому блоку подключаться ко второму блоку в режиме самоорганизующейся сети (ad-hoc) в системе, сконфигурированной для удаленных и основных блоков.

Изобретение относится к скоростным модуляторам и может использоваться в бортовых передатчиках спутниковой системы связи и в системах дистанционного зондирования земли.

Изобретение относится к вычислительной технике. Технический результат заключается в ускорении обслуживания запросов абонентов на передачу сообщений.

Изобретение относится к мониторингу продуктивных нефтегазовых скважин в реальном времени. Техническим результатом является обеспечение своевременной идентификации любых проблем и регулирование параметров процесса отработки скважин.

Изобретение относится к технике связи и может использоваться в оптической сетевой системе связи. Технический результат состоит в повышении пропускной способности и увеличения объема передаваемой информации.

Изобретение относится к технике связи и может использоваться в системах оптической связи. Технический результат состоит в повышении помехоустойчивости передачи оптической информации.

Изобретение относится к технике связи и может использоваться в системе пассивной связи. Технический результат состоит в повышении пропускной способности передачи.

Изобретение относится к технике оптической связи, в частности к атмосферным системам передачи информации, и может быть использовано в качестве однопролетной беспроводной линии связи при организации передачи информации между устройствами СЦБ и локомотивом.

Изобретение относится к области радиолокации и технике связи и может быть использовано в радиолокационных станциях с фазированными антенными решетками для синхронизации системы передачи цифровых данных с приемных модулей фазированных антенных решеток в специализированную цифровую вычислительную машину по волоконно-оптической линии связи.

Изобретение относится к технике оптической связи и может использоваться в сетях передачи данных. Технический результат состоит в обеспечении динамического управления пространственными и временными параметрами направленных оптических пучков путем создания динамически управляемых отражательных голограмм. Для этого в пункте абонентского доступа выделяют из сети пакеты данных, адресованные абонентам этого пункта, и передают информацию, содержащуюся в пакетах данных, при помощи пучка электромагнитного излучения оптического диапазона с малой угловой расходимостью, который направляют на приемные устройства абонентов с соответствующими адресами, при этом динамически управляют пространственными характеристиками пучка электромагнитного излучения при помощи динамической голограммы, используя адресную информацию пакетов данных таким образом, что на время передачи конкретного пакета данных направляют пучок излучения на приемное устройство соответствующего абонента. При помощи динамической голограммы одновременно динамически управляют и временными характеристиками пучка электромагнитного излучения таким образом, что информацию, содержащуюся в пакетах данных, передают, модулируя по интенсивности пучок электромагнитного излучения, направленного на приемное устройство соответствующего абонента, путем изменения дифракционной эффективности отражательной динамической голограммы. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к способам непрерывного контроля оптических волокон (ОВ) и может быть использовано в качестве алгоритма для программного обеспечения контроллера системы защиты ВОСП информации ограниченного доступа. Способ непрерывного контроля нарушений оптического волокна, который заключается в приеме, детектировании оптических сигналов с волоконно-оптической линии, усилении, интегрировании и аналого-цифровом преобразовании полученных аналоговых электрических сигналов. Перед контролем определяют количество отсчетов наблюдения N, текущее yj и предыдущее yj-1 значения средних выборочных величин за количество отсчетов N из соотношения: y j = 1 N ∑ i = 1 N y i где i - текущее значение отсчетов АЦП, сравнивают текущее yj и предыдущее yj-1 значения средних выборочных величин при увеличении количества отсчетов наблюдения N до условия, при котором y j − y j − 1 = 1   е м р , где емр - единица младшего разряда АЦП, устанавливают количество отсчетов контроля n меньше, чем N, после чего при контроле в каждый момент времени k вычисляют сумму квадратов отклонений отсчетов yi от среднего выборочного значения Lk при количестве отсчетов контроля n из соотношения: L k = ∑ i = k − n k ( y i − 1 N − n ∑ i = k − N k − n y i ) 2 , осуществляют непрерывный контроль нарушений путем сравнения Lk с предварительно заданным пороговым значением Lп, в случае, если Lk>Lп, производят отключение передачи оптических сигналов. Достигаемым техническим результатом является корреляция времени наблюдения с началом сигнала нарушения и оптимальный выбор времени наблюдения. 1 ил.

Изобретение относится к области волоконно-оптических систем передачи информации, а именно к системам связи со спектральным мультиплексированием. Технический результат состоит в повышении качества работы и увеличении дальности работы линии связи. Для этого линия связи содержит спектральные каналы с прямым детектированием и спектральные каналы с когерентным детектированием. В волоконно-оптической системе связи, включающей оптически соединенные линией связи мультиплексор с N входами, предназначенный для спектрального мультиплексирования N спектральных каналов, образующих сетку DWDM частот в стандартизованном спектре ITU, и демультиплексор с N выходами, предназначенный для спектрального демультиплексирования N спектральных каналов, образующих идентичную мультиплексору сетку DWDM частот, и набор N согласованных пар когерентных и некогерентных оптических передатчиков и приемников с когерентным и прямым детектированием, выходы и входы которых соответственно оптически соединены с входами мультиплексора и выходами демультиплексора, причем линия связи содержит пролеты длиной от 40 до 200 км, между которыми установлены оптические усилители, содержащие не менее двух каскадов усиления, между каскадами усилителей установлены компенсаторы дисперсии (по одному на усилитель), компенсаторы дисперсии выполнены в виде компенсаторов канального типа, например, на основе чирпированных брэгговских решеток или интерферометров. 6 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к транспортным средствам, а именно к размещению оптических осветительных устройств локомотивов железнодорожного транспорта, их установке и размещению и регулируемых из транспортного средства. Технический результат состоит в повышении уровня безопасности движения тягового подвижного состава железнодорожного транспорта. Для этого в прожектор локомотива железнодорожного транспорта введены модули световых излучателей, выполняющие функции передатчиков информации, использующих в качестве среды передачи информации открытый атмосферный канал, а на защитном стекле осветительного устройства устанавливается набор фотоприемников. Устройство имеет способность подключаться к системе безопасности локомотива, слушать информацию, передаваемую в ней, и самостоятельно отправлять в нее сигналы; инфракрасные фотоприемники установлены на защитном стекле прожектора локомотива железнодорожного транспорта; передающий модуль состоит из светодиодов видимого или инфракрасного спектра; для формирования передаваемого сигнала используются модулятор и маломощные ключи, которые управляют малым током, по сравнению с током в рабочих режимах; для обработки принимаемого сигнала используются демодулятор, полосовой фильтр, интегрирующий усилитель с ограничителем. 1 ил.

Изобретение относится к контроллерам защиты волоконно-оптических линий передачи (ВОЛП) от попыток отвода оптического сигнала и может быть использовано в качестве универсального технического средства защиты информации (ТСЗИ) ограниченного доступа, передаваемой по неконтролируемой территории. Технический результат состоит в создание высокочувствительного контроллера защиты ВОЛП независимого от параметров информационных сигналов. Для этого контроллер защиты волоконно-оптических линий содержит генератор, выход которого соединен со входом оптического передатчика, оптический коммутатор и последовательно соединенные оптический приемник, усилитель с автоматической регулировкой усиления, полосовой фильтр, детектор уровня, контроллер, устройство сигнализации, при этом второй выход контроллера соединен со входом оптического коммутатора, выход которого является выходом устройства в волоконно-оптическую линию, третий выход контроллера соединен со входом согласующего устройства, выход которого соединен со вторым входом усилителя с автоматической регулировкой усиления, оптический изолятор, вход которого соединен с выходом оптического передатчика, первый оптический фильтр, первый вход которого является оптическим входом устройства, второй вход соединен с выходом оптического изолятора, длина волны которого соответствует длине волны оптического передатчика, а выход соединен с оптическим входом оптического коммутатора, второй оптический фильтр, оптический вход которого является оптическим входом устройства с волоконно-оптической линии, первый выход соединен с входом оптического приемника, а второй выход является выходом устройства. 1 ил.

Лазерное приемное устройство, которое может быть использовано в качестве приемного устройства для лазерной локационной системы и системы лазерной космической связи, основано на сверхрегенеративном приеме лазерных сигналов локации и связи в оптическом диапазоне, что позволяет реализовать приемное устройство, обладающее предельной квантовой (однофотонной) чувствительностью и одновременно высокой помехозащищенностью приема лазерных сигналов. Приемное устройство содержит обратную связь на основе акустооптического модулятора, что обеспечивает возможность пространственной фильтрации сигналов. Технический результат заключается в повышении чувствительности лазерного приемного устройства, обеспечении быстрой перестройки частоты полосы приема и узкополосной фильтрации принимаемого лазерного излучения, обеспечении компенсации доплеровских сдвигов частоты приема лазерного излучения, компенсации рассогласования волновых фронтов принимаемого и гетеродинного лазерных излучений на входе фотоприемника. 2 з.п. ф-лы, 6 ил.

Изобретение относится к волоконно-оптическим системам передачи (ВОСП) с селекцией и локализацией аварийных ситуаций и может быть использовано в качестве защищенной системы передачи информации ограниченного доступа за пределами контролируемой зоны. Защищенная волоконно-оптическая система передачи с селекцией и локализацией аварийных ситуаций состоит из двух комплектов приемо-передающей аппаратуры, соединенных между собой волоконно-оптическими линиями, при этом каждый комплект содержит приемо-передающее устройство, соединенное оптическими шнурами с устройством контроля, выход которого соединен со входом волоконно-оптической линии, в каждый комплект введены источник питания и блок рефлектометрического контроля, включающий в себя оптический разветвитель, общий полюс которого соединен с выходом волоконно-оптической линии, первый полюс с помощью оптического шнура соединен со входом устройства контроля, а второй полюс соединен с общим полюсом оптического циркулятора, первый полюс которого соединен с выходом оптического передатчика, вход которого соединен с первым выходом микроконтроллера, а второй полюс циркулятора соединен со входом оптического приемника, первый выход которого соединен со входом аналого-цифрового преобразователя, выход которого соединен с первым входом микроконтроллера, а второй выход оптического приемника соединен со входом детектора среднего уровня, выход которого соединен со вторым входом микроконтроллера, выход управления которого соединен со входом управления реле, вход которого соединен с выходом источника питания, а выход соединен со входом питания устройства контроля, выход индикации микроконтроллера соединен со входом устройства индикации. Достигаемым техническим результатом является повышение среднего времени наработки на ложную тревогу за счет дополнительного анализа аварийных ситуаций. 1 ил.

Изобретение относится к защищенным волоконно-оптическим системам передачи и может быть использовано в качестве дуплексной многоканальной волоконно-оптической системы передачи (ВОСП) информации ограниченного доступа по неконтролируемой территории. Технический результат состоит в уменьшении количества средств мониторинга и контроля и увеличении чувствительности контроля. Для этого в систему передачи со спектральным разделением сигналов введен контроллер защиты, рабочая длина волны которого больше длины волны любого из оптических передатчиков, при этом вход контроллера защиты соединен с оптическим выходом мультиплексора волоконно-оптическим шнуром, а выход соединен волоконно-оптическим шнуром с оптическим входом демультиплексора, линейные входы и выходы контроллеров защиты соединены между собой волоконно-оптическими линиями передачи. 3 ил.

Изобретение относится к технике связи и может быть использовано для передачи сигналов на участках систем связи, которые могут быть подвержены воздействиям высоких механических нагрузок, ионизирующих излучений или иных поражающих факторов. Технический результат заключается в повышении надежности и живучести системы передачи в условиях чрезвычайных ситуаций. Для этого на участках, прилегающих к узлу связи пункта управления, создается запас линейного кабеля связи путем его навива на диэлектрический стержень или зигзагообразной прокладки («змейкой»). В непосредственной близости от трассы кабельной линии связи на этих участках размещаются подземные камеры (контейнеры) с вращающимися барабанами с запасом линейного оптического кабеля. Кабель и подземные камеры снабжены интеллектуальными маркерами. 3 з.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к области информационно-коммуникационных технологий и касается способа увеличения длины распространения инфракрасных монохроматических поверхностных электромагнитных волн (ПЭВ) по плоской металлической поверхности. Способ включает в себя нанесение на поверхность слоя непоглощающего диэлектрика. До нанесения слоя определяют направление максимума диаграммы направленности объемных электромагнитных волн (ОЭВ), излучаемых ПЭВ с их трека. Толщину слоя и показатель преломления его материала выбирают таким образом, чтобы наличие слоя обеспечивало приращение действительной части модуля волнового вектора ПЭВ на величину где ko=2π/λ - волновое число ОЭВ в окружающей поверхность среде; λ - длина волны излучения в окружающей среде; φmах - угол отклонения максимума диаграммы направленности от плоскости поверхности. Технический результат заключается в увеличении длины распространения (ПЭВ) и обеспечении ее защиты от внешних воздействий. 2 ил.
Наверх