Файл: Применения лазеров..pdf

400 Монт Росс

Хотя говорить об установлении связи с объектами, на­ ходящимися за пределами солнечной системы, пока еще преждевременно, однако можно отметить, что короткоим­ пульсные системы с УИ-значным кодированием (например, системы типа МДИИ) и прямым детектированием в наиболь­ шей степени удовлетворяют требованиям эффективной свя­ зи на межзвездных дистанциях.

Трудности осуществления связи на таких расстояниях чрезвычайно велики, но острая направленность лазерных источников излучения, высокая пиковая мощность лазер­ ного излучения, намного превышающая шумовой вклад фонового излучения любой звезды, и огромные оптические рефлекторы, устанавливаемые на земле, позволяют при использовании короткоимпульсных систем с прямым детек­ тированием собрать достаточное количество фотонов, чтобы зарегистрировать сигнал.

Расчеты показывают, что излучение лазерного источ­ ника в виде импульсов с энергией 104 Дж и длительностью 1 нс при расхождении 1 мкрад может быть зарегистрировано на Земле с расстояния 10 световых лет, если использовать оптический рефлектор диаметром 30 м. При любом рассмот­ рении возможностей и вероятности осуществления меж­ звездной связи лазерным средствам, обсуждавшимся выше, должно быть уделено серьезное внимание.

28.Lachs G.— “ Phys. Rev.” , 1965, v. 138, p. B1012.

29.Lachs G.— “ J . Appl. Phys.” , 1967, v. 38, p. 3439.

30.Lachs G.— “ J . Appl. Phys.” , 1968, v. 39, p. 4192.

p. 1487.

33.McAvoy N., Richard H. L., McElroy J . H., Richards, W. E. NASA

41.Osterink L. М., Foster J. D.— “ Int. Quantum Electron. Conf.” , Miami, 1968, Paper 17Q-8.

42.Ostermaier F.— “ International Electron Device Meet.” , Wa­ shington, 1970.

43.Pratt W. Laser Communications, New York, Wiley, 1969.

52.Sorokin P. A., Luzzi J. J., Lombard J. R., Pettit G. D.— “ IBM J. Res. Develop.” , 1964, v. 8, p. 182.

ПРИЛОЖЕНИЕ 1

ЛАЗЕРЫ В ГЕОДЕЗИИ

А. С. Федоров

ВСССР разработаны и выпускаются такие геодезичес­ кие приборы, как лазерные дальномеры, теодолиты, визи­ ры. Эти приборы, как показала практика, очень эффектив­ ны для проведения изыскательных работ при строительстве тоннелей, мостов, дорог, аэродромов, для измерения де­

формаций и расстояний, нивелирования, ориентирования и т. п. При использовании лазеров увеличивается точность измерений и дальность действия приборов, повышается производительность труда геодезистов, открывается воз­ можность автоматизации геодезического контроля в ряде процессов.

Наиболее точные измерения расстояний осуществляются интерферометрическими методами. Точность и дальность действия интерферометра определяется в первую очередь степенью когерентности и стабильностью частоты излу­ чения лазера. Вопросам стабилизации частоты излучения лазера уделяется большое внимание [1].

С помощью отечественного серийного лазера ОКТ-11 была получена контрастная интерференционная картина при разности хода до 300 м [2]. Новосибирским институтом автоматики и электрометрии выпущена опытная партия циф­ ровых лазерных измерителей перемещения (ИПЛ-1) [3]. Прибор предназначен для измерения длин до 1000 мм с точностью 0,0001 мм путем сравнения с длиной световой волны.

В геодезической практике широко применяются светодальномеры, в которых в качестве источников света ис­ пользуются лампы накаливания. Применение лазерного ис­ точника излучения позволяет значительно повысить точ­ ность измерения и дальность действия дальномеров.

Первый лазерный фазовый дальномер ГД-314 [4] в

404 Приложение 1

СССР был разработан в 1964 г. В нем использован полу­ проводниковый излучатель на арсениде галлия, работающий в некогерентном режиме на длине волны 0,84 мкм. Позд­ нее появились усовершенствованные модификации дально­ мера КДГ-2 и КДГ-3 [5]. Дальномер КДГ-3 предназначен для измерения расстояний от 200 до 2000 м со средней квадратичной ошибкой ±20 мм. В качестве излучателя используется полупроводниковый диод на арсениде галлия, генерирующий на волне 0,9 мкм. Спектр излучения имеет ширину около 300 Â. Модуляция осуществляется по току накачки. В дальномере имеются три фиксированные час­ тоты модуляции, обеспечивающие устранение многознач­ ности отсчета, если измеряемое расстояние предваритель­ но известно с точностью до 1,5 км. В дальномере применен метод фазового детектирования в околокатодном простран­ стве фотоумножителя [6, 7] с использованием гетеродини­ рования принимаемого сигнала.

Применение малогабаритного лазера ОКХ-13 в качестве источника излучения в фазовом светодальномере СВВ-1М позволило увеличить предел измерения расстояний днем от 5 до 12 км, ночью от 12 до 22 км при точности, соизме­ римой с точностью, обеспечиваемой лампой ДАЦ-50 [8].

Светодальномер Кварц, разработанный в ЦНИИГАиК в 1966 г., предназначен для измерения расстояний от 1 до 30 км днем и до 50 км ночью с ошибкой (1 см + 2-10_6Е>) [9, 10]. В качестве источника излучения используется га­ зовый лазер ЛГ-56. Модулятором излучения служит ячей­ ка Керра с нитробензолом. Частота модуляции f равна 30 МГц, а разностная частота А/ = 15 кГц. Для разрешения многозначности имеются еще три фиксированные частоты

(29,996250; 29,925000 и 28,500000 МГц). На каждой из частот расстояние вычисляется по формуле

D = ± N + a9K,

где X—длина волны модуляции для стандартных метеоро­ логических условий, известная для каждой частоты; N — целое число; а — цена деления шкалы фазовращателя на данной частоте (дается в паспорте прибора); <р — среднее значение дробной части фазового цикла, выраженное в де­ лениях шкалы фазовращателя.

ным детектированием светового потока в оптическом фазо­ вом детекторе, аналогичном модулятору, и последующей фотоэлектрической регистрации продетектированного сиг­ нала. В приборе использован лазер ЛГ-55. Частота моду­ ляции может плавно изменяться в диапазоне от 6,6 до 10 МГц. В дальномере частота основного генератора моду­ лируется прямоугольными сигналами. Предусмотрена воз­ можность автоматической установки сдвига фазы сигнала с помощью цепи обратной связи с выхода фотоэлектричес­ кого приемника на генератор модулирующего напряже­ ния. Напряжение частоты модуляции вводится в счетно­ решающее устройство, которое выдает результаты изме­ рений на цифровое табло.

Дальномер МСД-1 (маркшейдерский светодальномер, модель 1) разработан во ВНИМИ (Ленинград) в 1967 г.

В дальномере применен полупроводниковый диод на ар­ сениде галлия (X = 0,84 мкм), работающий в режиме неко­ герентного излучения. Генератор работает на двух пере­ ключаемых фиксированных частотах Д = 149,825 МГц и /2= 146,854 МГц, стабилизированный кварцевыми гене­ раторами. Выполненные на дальномере МСД-2 измерения показали весьма высокую точность прибора. Среднеквад­ ратичная ошибка, вычисленная по отклонениям от эталон­ ных значений, для линии до 250 м не превышает в среднем

± 2 мм.

Аппаратурная точность ряда современных фазовых светодальномеров достигла столь высокой степени, что основ­ ным препятствием к дальнейшему увеличению точности измерения расстояний становится уже влияние внешних условий и в первую очередь неточное определение средне­ интегрального значения группового показателя прелом­ ления в момент измерений.

Радикальным решением задачи дальнейшего повышения точности измерения расстояний дальномерами в любых условиях является разработка системы светодальномер — рефрактометр, которая позволит одновременно опреде­ лять время распространения сигнала и его скорость (или среднеинтегральный показатель преломления). Одним из