Содержание к диссертации
ГЛАВА I. РАССЕЯННОЕ ЛАЗЕРНОЕ ИЗЛУЧЕНИЕ И МЕТОДЫ ЕГО РЕГИСТРАЦИИ. ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ 4
1.1. Введение 4
1.2. Рассеянное лазерное излучение 6
1.3. Прямой прием и оптическое гетеродинирование
1.4. Оптические квантовые усилители в приемных системах 14
1.4.1. Однопроходный оптический квантовый усилитель (ОКУ) К
1.4.2. Регенеративный оптический квантовый усилитель (РОКУ) 20
1.4.3. Усилитель с нерезонансной обратной связью (УН)... 23
1.5. Цель работы 29
ГЛАВА II. ОДНОПРОХОДНЫЙ ОПТИЧЕСКИЙ КВАНТОВЬМ УСИЛИТЕЛЬ (ОКУ) ПРИ ПРИЕМЕ РАССЕЯННОГО КОГЕРЕНТНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ 33
2.1. Рассеянное излучение в ОКУ 35
2.2. Экспериментальное исследование эффекта каналирования 45
2.3. Усиление рассеянного излучения (эксперимент) 51
2.4. Краткие выводы к главе II 55
ГЛАВА Ш. ПРИЕМ РАССЕЯННОГО КОГЕРЕНТНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ С ПОМОЩЬЮ РЕГЕНЕРАТИВНОГО ОПТИЧЕСКОГО КВАНТОВОГО УСИЛИТЕЛЯ (РОКУ)
3.1. Эффективность согласования рассеянного поля с РОКУ 61
3.2. Оптимизация настройки приемной системы 65
3.3. Экспериментальное исследование приема пространственно случайного поля с помощью Р0К7 71
3.4. Флуктуации выходного сигнала 76
3.5. Основные результаты главы III 84
ГЛАВА IV. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ УСИЛИТЕЛЯ С НЕРЕЗОНАНСНОЙ ОБРАТНОЙ СВЯЗЬЮ (УН) 86
4.1. Выбор параметров УН 86
4.2. Коэффициент усиления УН 94
4.3. Частотная характеристика 100
4.4. Определение однородного уширения линии лазерного перехода НО
4.5. Пространственная конфигурация поля в резонаторе с диффузным отражателем III
4.6. Экспериментальное исследование пространственной избирательности УН 117
4.7. О возможности применения нерезонансного усилителя в измерителе скорости диффузной поверхности 124
4.8. Краткие выводы к главе ІУ 126
ПРИЛОЖЕНИЕ К ГЛАВЕ УСИЛИТЕЛЬ ЯРКОСТИ ИЗОБРАЖЕНИЯ 129
ГЛАВА V. ЗАКЛЮЧЕНИЕ. КРАТКИЕ ВЫВОДЫ 141
5.1. Сравнительный анализ работы систем приема с различными типами усилителей 141
5.2. Основные результаты 147
ЛИТЕРАТУРА 1
Введение к работе
Настоящая работа посвящена экспериментальному исследованию особенностей приема рассеянного лазерного излучения с помощью оптических квантовых усилителей и перспективности их применения в задачах локации, связи и лазерной интерферометрии. Рассмотрен вопрос об использовании в одноканальних (энергетических) приемных оптических системах непрерывного действия усилителей трех типов: однопроходного оптического квантового усилителя бегущей волны (ОКУ), регенеративного (резонансного) оптического квантового усилителя (РОКУ) и усилителя с нерезонансной обратной связью (УН). Проведен сравнительный анализ систем с различными типами усилителей. Рассмотрены некоторые применения оптических квантовых усилителей.
В ряде задач связи, лазерной интерферометрии и особенно в локационных задачах принимаемый световой сигнал имеет, как правило характер слабого пространственно случайного поля, возникающего при рассеянии когерентного излучения в атмосфере или на оптически неровных поверхностях. Отсутствие высокочувствительных приемников определяет трудности приема рассеянного излучения и объясняет интерес к системам с оптическими квантовыми усилителями в качестве предусилителей слабых сигналов. Однако применение оптических усилителей для этой цели еще недостаточно хорошо изучено как теоретически, так и экспериментально. В частности, не не исследованными являются пространственные характеристики оптических усилителей, требует исследования вопрос о выборе приемной системы, оптимально согласующей рассеянное излучение с оптическим усилителем, хотя этому вопросу и посвящен ряд теоре - 5 тических работ [і, 2, з] , основанных на тех или иных моделях усилителей. Без серьезного экспериментального исследования невозможен сравнительный анализ перспективности различных усилителей при приеме рассеянного излучения.
Наряду с газовыми лазерами и усилителями на длине волны А- = 10,6 мил, широко применяемыми в настоящее время в оптической локации, представляют научный и практический интерес устройство, работающее на других оптических переходах. Особо следует выделить длину волны Л =3,51 мкм (Хе), которая может оказаться перспективной в ряде задач лазерной локации и связи. Излучение с длиной волны А = 3,51 мкм попадает в окно прозрачности атмосферы [4] . Лазеры и усилители, работающие в непрерывном режиме на этой длине волны имеют сравнительно низкий уровень шумов. На переходе А= 3,51 мкм может быть достигнут чрезвычайно высокий показатель усиления [5, 6, 7].
В связи с этил основная часть описанных ниже экспериментов выполнялась с использованием излучения с длиной волны X = 3,39 мкм.
Как уже отмечалось, в ряде практических задач, когда приходится проводить прием рассеянного когерентного лазерного излучения, принимаемый оптический сигнал оказывается до -статочно слабым. Низкая чувствительность приемников Ж-диа -пазона, сильное ослабление излучения из-за рассеяния на объекте, влияние атмосферы при распространении и пространственно-случайный характер принимаемого поля определяют сложность проблем приема слабого сигнала. Экспериментально и теорети -чески этот вопрос исследовался многими авторами (см., например, [2, 8, 9, 10, II, 12, 13, 14]). В настоящее время на практике широко используются методы прямого фотодетектирова кия и оптического гетеродинирования. Наибольшее распространение получил метод оптического гетеродинирования.
Однако до сих пор не решен вопрос о конкурентоспособности систем с использованием оптических предусилителей.
Целью настоящей работы является экспериментальное исследование особенностей приема рассеянного с помощью оптических квантовых усилителей различных типов.
