Введение к работе
Актуальность. В связи с достижениями лазерной физики и оптоэлектроники открываются новые возможности в различных областях науки и техники, связанные со значительным повышением точности и чувствительности методов и средств измерений различных физических величин. В таких областях как локация и навигация, использование лазеров позволяет, в частности, существенно повысить точность измерения координат и скоростей объектов, получить информацию о форме и состоянии объекта и т.д. В области техники связи повышается скрытность и информационная емкость каналов связи. При этом лазерные локационные системы (МС) имеют сравнительно Небольшие размеры и высокий к.п.д.
Отмеченные свойства МС связаны пре*де всего с меньшей длиной волны оптического излучения по сравнению с радиоволнами, что дает возможность формировать с помощью небольших телескопически систем узкую диаграмму направленности зондирующего луча, размеры которого оказывается соизмеришь с размерами объекта локации. B-xsayu роль играет малая ширина линии и высокая чувствительность приемников лазерного излучения, возможность точного измерения доплеровского сдвига частоты сигнала, отраженного от движущегося объекта, Ь качестве недостатка МС по сравнению с радиолокаторами мо:;:но отметить более сильное поглощение и рассеяние излучения в атмосфере, усиливающееся при неблагоприятных погодных условиях.
Для построенная МС большое значение имеет выбор длины волны лазера-передатчика. Наиболее распространены спсте:.а; на основе твердотельных v. Си^-лазеров, генерирующих излучений ближнего и среднего і Li диапазонов. їакоі. выбор определяете: пропусканием атмосферы ь данных областях спектра и воз:.:о:^:о-егью достижения высоких мощностей лазерного излучении.
Перспективным для целеіі локации является диапазон субмиллиметровых (СШ) и м-уїлиметрових длин волн, ^іля создаїіия лазерных локаторов в этом диапазоне могут Літь использованы СУЛ! лазеры, работающие на вращательных переходах молекул. Несмотря на меньшую мощность лазера-передатчика по сравнен.::-: с твердотельными и С02 системами, такие локаторы пмоыт ряд достоинств, связанных с большей длиной волны. Для САМ диапазона суцествзп-
но меньше Рэлеевское и Ми рассеяния излучения, понижено влияние атмосферной турбулентности, что обеспечивает лучшее прохождение в атмосфере при неблагоприятных условиях (задымлен-ность трассы, сильный ветер, осадки и т.д.), сравнимое с прохождением радиоволн миллиметрового диапазона. При этом СШ лазеры сохраняют расходимость пучка и ширину линии генерации ( ~ Ю ), присущие оптическим квантовым генераторам Ж диапазона.
Создание СШ систем имеет большое значение для решения экологических задач по диагностике примесей атмосферы. СШ техника может найти применение для спектроскопии сложных молекул, в биологии, медицине. В военной области СШ системы могут найти применение для обнаружения следов летательных аппаратов , исследования фона вокруг объекта локации, трассового газоанализа в складских помещениях, на полигонах при уничтожении оружия массового поражения, боеприпасов, ракетных тошшв и т.д.
Ляя построения JUiC СХІ диапазона является актуальным решение следующих задач:
определение длин волн, на которых наблюдается достаточно хорошее прохождение лазерного излучения в атмосфере;
создание непрерывных компактных источников излучения СХ1 диапазона с относительно большой модностью;
повышение чувствительности приемных устройств.
Целью диссертационной работы является: исследование основных закономерностей распространения суймилликетрового лазерного излучения в атмосфере и проведение численного эксперимента по определении коэффициентов поглощения и пропускания; разработка принципов использования СММ-лазероз в системах допле-ровской локации; разработка функциональной схемы СММ доплеров-ского локатора; разработка волноводного субмиллиметрового лазера с оптической накачкой.
Автор выносит на задпту:
I. Результаты численного эксперимента по определению основных характеристик прохождения субмиллиметрового лазерного излучения в реальной атмосфере (рассеяния, коэффициентов поглощения и пропускания) на высотах 0, 5 и 10 км в различное
время года для средних широт, позволившего определить спектральные области ОМ излучения, пригодные для целей локации.
-
Результаты исследований характеристик локационных систем на основе субмиллиметровых лазеров.
-
Субмкллиметровый отпаянный волноводный лазер с реализацией быстрой смены активной среды.
Научная новизна.
-
Впервые исследованы основные закономерности прохождения субмиллнметрового лазерного излучения в атмосфере. Определены длины волн 41,7 мкм, 1174 мкм, 1222 мкм с малыми величинами коэффициентов поглощения.
-
Разработаны физические основы использования субмиллиметровых лазеров в системах доплеровской локации.
-
Разработан универсальный (с точки зрения применяемой активной среды) субмиллиметровый волноводный лазер с накачкой С02^лазером.
Практическая значимость.
-
Полученные результаты по исследованию прохождения СММ-излучения в атмосфере могут бить использованы для создания локационных, навигационных лазерных систем, систем связи, а также экологического мониторинга атмосферы в субмиллиметровок и миллиметровом диапазонах длин волн.
-
Разработан отпаянный мощный одночастотный субмиллп-ыетровый управляемый лазер.
-
Разработан перспективный быстродействувдий прие.м;ый элемент субмиллиметрового лазерного излучения на осново "кода на барьере Шотки, позволяющий работать на частотах до 4,3 ТГц.
Апробацій работы. Основные результаты диссертационно,, работы докладывались на семинарах в іінститугз лазерной с^изіи-і СО РАН, Секции прикладное проблем при Президиуме РАН, лаучло-исследовататьском институте авиационных систем, НТК НЬС.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит ;:г введения, трех глав, приложенля, заключения и библиограупл.
Работа содержат 122 страшит машинописного текста;
36 рисунков и 7 таблиц, размещенных на 35
страницах; библиографические названия в количестве 70
ссылок занимают 7 страниц.