Применение лазеров в связи и локации

Содержание

Стр.

Введение. 3

1 Лазеры в технике связи. 3

1.1 Системы связи оптического диапазона. 3

1.2 Модуляционные устройства для оптической связи. 8

1.2.1 Амплитудные модуляторы для внешней модуляции. 9

1.2.2 Амплитудные модуляторы для внутренней модуляции. 12

1.2.3 Методы частотной модуляции лазеров. 13

1.3 Приёмники излучения. 14

1.3.1 Детекторы оптического диапазона. 20

1.4 Световодные линии связи. 25

1.4.1 Основные типы световодов. 26

1.4.2 Световые лучеводы 27

1.4.3 Волоконные волноводы 29

1.4.4 Газовые волноводы 29

1.4.5 Оптические микроволноводы 30

2 Применение лазеров в радиолокационных системах. 32

Список использованных источников. 36

Введение

1 Лазеры в технике связи

1.1 Системы связи оптического диапазона

В общем виде структурные схемы систем связи оптического диапазона и радиодиапазонов аналогичны. Как показано на рисунке 1.1, генератор оптического диапазона 1 вместе с модулятором 2 и генератором накачки 3 выполняет функции передатчика радиодиапазона. Излучатель 4на передающейстороне и коллектор 5 на прием­ной служат передающей и приемной антеннами. Оптический кван­товый усилитель 6, преобразователь световых колебаний в электри­ческие сигналы информации 7 (модулирующий сигнал) и усилите­ли этих сигналов 8 образуют приемник. Устройства точного нацели­вания 9 служат для, совмещения оптической оси всех элементов линии. Источник передаваемой информации 10 и оконечное устройство 11, стоящее на выходе приёмника, могут быть любого типа. В оптических линиях связи могут применяться помехоустойчивые виды модуляции. Может быть построена и аппаратура уплотнения нескольких телевизионных каналов [1].

Рисунок 1.1 - Оптическая система связи

Недостаток оптической системы связи с амплитудной модуля­цией световой несущей состоит в значительных нелинейных искажениях, вызываемых работой оптического модулятора. Эти, иска­жения обусловлены нелинейностью модуляционных характеристик оптических модуляторов и практически неустранимы.

Предложена система связи с частотно-модулированной поднесущей, которая позволяет почти полностью избавиться от нелинейных искажений оптического модулятора. В этой системе связи используется частотная модуляция (ЧМ) передаваемым сиг­налом вспомогательной поднесущей. Частота поднесущей выби­рается в районе радиодиапазона или диапазона СВЧ. Полученный ЧМ - сигнал используется для амплитудной модуляции излучения лазера при помощи стандартного оптического модулятора.

На приемной стороне передаваемый сигнал детектируется фотодетектором, и после усиления подается на амплитудный ограничи­тель для устранения паразитной амплитудной модуляции. Далее полученный сигнал поступает на частотный детектор, на выходе ко­торого получается исходный сигнал. Нелинейность характеристики оптического модулятора практически не вызывает нелинейных ис­кажений передаваемого сигнала при применении ограничителя.

Для передачи информации на большие расстояния с целью уменьшения ослабления сигнала используют ре­трансляторы. Ретранслятор представляет собой фотоприем­ник, усилитель-ограничитель и лазер, излучение которого мо­дулируется сигналом с выхода усилителя-ограничителя. Ретрансля­торы повышают дальность оптической связи. Другой эффективный способ повышения дальности оптических линий связи — использо­вание световодов.

Перспективными системами связи оптического диапазона явля­ются системы с импульсной модуляцией и импульсным режимом работы оптического квантового генератора. Такие системы по­зволяют с чрезвычайно высокой скоростью передавать информацию во время излучения каждого импульса. В рассматриваемой системе информация, подлежащая передаче, регистрируется в запоминающем входном устройстве и подводится к модулятору света, размещенному на пути светового пучка лазера и обеспечивающе­му импульсно-кодовую модуляцию. При этом соответствующие схе­мы синхронизируют передачу информации запоминающим устрой­ством от световых импульсов лазера.

Световые импульсы доходят до приемного устройства, детек­тируются фотодетектором и передаются демодулятору, который преобразует их в электрические сигналы, соответствующие сигна­лам, зарегистрированным в запоминающем устройстве. Это устрой­ство соединено со схемой синхронизации, а также читающими уст­ройствами.

Рисунок 1.2 - Оптическая система связи с импульсной модуляцией

Блок-схема системы связи с импульсной модуляцией показана на рисунке 1.2. Подлежащая передаче информация, представленная в виде звуковых или кодированных сигналов, преобразуется на пере­дающей станции в электрические импульсы, используемые для модуляции импульсов когерентного света, излучаемых лазером, с помощью модулятора 2.

Конечная аппаратура передающей и приемной станций уком­плектована стандартными кодирующими быстродействующими устройствами, поэтому промежуточные регистрирующие устройст­ва 3 и преобразователи 4 могут использоваться при передаче и при­еме. Блок 5 служит демодулятором.

В разработанной системе применялся рубиновый лазер с продолжительностью генерируемых импульсов приблизительно 0,0001 сек. Расхождение луча лазера составляет 0,05 град. Это позволяет установить устойчивую связь на большие расстояния между пунктами, расположенными на поверхности земли.

Импульсная оптическая система связи может применяться не только на расстоянии в пределах прямой видимости. Узкий свето­вой пучок отражается облаками с хорошо определенными конту­рами, сооружениями и спутниками при связи за пределами прямой видимости.

С помощью такой системы оптической связи можно установить связь и через газовую плазму, в то время как через нее электро­магнитные волны радиочастотного диапазона не проходят.

Система лазерной связи может так же использоваться для передачи информации через поверхность раздела воздух - море. Состояние поверхности моря, переменчивое из-за волн, характери­зуется составляющими, частота которых находится в диапазоне волн радиосвязи. Поэтому трудно передавать сигналы, используя в качестве несущей электромагнитную волну, так как отношение сигнал/шум передачи сильно уменьшается.

При использовании в качестве источников световой несущей рубиновых лазеров следует учитывать, что они имеют значительно больший уровень шумов, чем газовые лазеры непрерывного дейст­вия. Достоинство рассматриваемой системы в том, что благодаря использованию помехоустойчивой импульсно-кодовой модуляции она допускает значительно больший уровень шума как в передаю­щем, так и в приемном устройстве.

Как уже отмечалось, на работу наземных оптических линий связи значительное влияние оказывают атмосферные условия, ухудшающие параметры оптических линий. Воздействие атмосфе­ры приводит к ослаблению энергии излучения и искажениям опти­ческих сигналов при передаче информации. Это выражается во флуктуациях амплитуды и фазы, искажениях фронта волны, изме­нениях поляризации и т. д.

1	2	3	4	5	6	7	8