Файл: Применения лазеров..pdf

ся сборка и монтаж самолета или корабля. Используются специальные лазеры с приспособлениями для устойчивой наводки и работающие в стабильном одномодовом режиме. При использовании более разнообразных, но менее точных детекторных устройств метод применяется при нивелиро­ вании, рытье траншей и проходке туннелей1). В лаборатор­

иболее размер пятна

будет довольно большим, и может оказаться невоз­ можным определение положения центра коллимиро­ ванного пучка с требуемой точностью при использовании простого фотодетектора. Для последовательного фокуси­ рования на каждой представляющей интерес дистанции вместо использования обратного телескопа2), который мо­ жет вызывать изменение направления пучка, могут быть применены расходящийся пучок и линзы или эквивалент­ ные им симметричные дифракционные экраны (френелев­

1)Отечественные работы по лазерной дальнометрии и геоде­ зии освещены в приложении 1.— Прим. ред.

2)Телескоп, обращенный окуляром навстречу лучу,— Прим,

.перев.

ские зонные пластины), вводимые в каждый выверяемый участок, как это осуществлено в Стенфордском трехкило­ метровом линейном ускорителе [31].

Основная камера ускорителя установлена на гребне боль­ шой опорной трубы диаметром 60 см и длиной 3 км, которая должна быть выставлена по прямой линии с точностью ±0,25 мм по всей длине. Каждая 12-метровая секция тру­ бы (фиг. 3) снабжена прямоугольной френелевской зонной

-

Ф и г . 3. Схема системы визирования Стенфордского ускорителя. Френелевская линза F фокусирует свет от лазера L, создавая изображение на плоскости фотодетектора D.

пластиной, которую путем поворота можно ввести в ла­ зерный пучок. Кроме 294 пластин, закрепленных в трубе, имеются еще три пластины, прикрепленные к опорам, уста­ новленным на плотном грунте. Каждая пластина предназ­

начена для фокусирования света, падающего на плоскость фотодетектора.

Изображение представляет собой пару пересекающихся линий, причем ширина точки пересечения определяется дифракционным пределом френелевской зонной пластины. Визирование проводится путем предварительной проверки положения оптической оси, определяемой тремя пластинами на опорах и установленным на опоре детектором. Каждая пара пластина—детектор выверяется отдельно. Затем ви­ зируемые мишени поочередно вводятся в пучок и каждая секция трубы передвигается до тех пор, пока изображение не попадет на то же самое место в плоскости-детектора. Чувствительность системы для пластин вблизи центра ускорителя примерно в 10 раз лучше требуемой (±0,25 мм). Для устранения явления рефракции, которое может выз­

Для обеспечения большей точности в интересующуюнас плоскость можно поместить диафрагму и наблюдать дважды дифрагированный свет на экране, расположенном за диафрагмой (фиг. 4). Если диафрагма точно сцентриро­ вана, эта вторичная дифракционная картина строго симмет­ рична. Однако любое смещение диафрагмы по отношению к оптической оси приводит к асимметрии в дифракцион­ ной картине. В работе [8] показано, что этот эффект позво­

ляет с высокой чувствитель­ ностью обнаруживать смещение. Для реальной расходимости лазерного пучка точность, до­ стижимая при использовании метода двойной дифракции, зна­ чительно выше точности, обес­ печиваемой приемным фотоде­ тектором при определении цент­ ра исходного гауссова пучка.

где dnfdh — производная показателя преломления п по высоте h. В общем случае эта величина меняется по трассе, но для приблизительно горизонтальных линий визирования ее можно принять постоянной. Угол рефракции е при на­ водке на конечную точку трассы, равный половине угла «полного изгиба» т, можно определить по формуле

где Ro— истинное расстояние. Смещение пятна в плоскости приема вычисляется по формуле А = R0s.

Для нахождения dn/dh можно использовать выражение

где Ро— давление на уровне моря, g — ускорение силы тяжести, М — молекулярный вес воздуха и R — газовая постоянная [60]. Если предположить постоянство скорости падения температуры с высотой, т. е. Т = Т0— az, то легко получить хорошо известную экспоненциальную формулу

где Н = RT0/gM — эквивалентная по давлению высота, равная примерно 8,3 км. В этом случае уравнение (7) при­ нимает вид