Підвищення ефективності передавача радіотехнічної системи оптичного діапазону для зондування домішок атмосфери - Автореферат

Одним із найбільш перспективних методів дослідження верхньої атмосфери є лідар, що використовує ефект резонансного розсіювання випромінювання на атомах лужних металів і, зокрема, на атомах натрію. У порівнянні з випромінювачами з когерентним накачуванням, що також використовуються у лідарах, генератори з ламповим збудженням при порівняних величинах середньої потужності випромінювання забезпечують перевагу в співвідношенні сигнал до шуму в умовах сильного фонового засвітлення. У звязку з зазначеною специфікою використання генераторів у лідарах виникла необхідність проведення додаткових досліджень, спрямованих на досягнення високої спектральної потужності випромінювання і забезпечення стабільних характеристик вихідного випромінювання за умови тривалого ресурсу роботи. У звязку з цим вирішуються такі задачі: на підставі аналізу рівняння локації і спектрів поглинання атомів лужних металів обґрунтування критеріїв ефективності роботи передавача, вимог до ширини і стабільності спектральної лінії випромінювання, а також до енергетичних характеристик випромінювача для характерних застосувань лідару; Предмет досліджень: особливості побудови передавального пристрою радіотехнічної системи резонансного зондування атмосфери; особливості накачування активних середовищ на основі складних органічних сполук, що забезпечують максимальну ефективність збудження; встановлення механізмів втрат у резонаторі, перестрою і звуження смуги випромінювання для підвищення спектральної потужності передавача.Найбільше число робіт присвячено резонансної флуоресценції натрію, що пояснюється його порівняно високою концентрацією в атмосфері, великим розміром перетину зворотного розсіювання і наявністю ефективних джерел випромінювання на довжині хвилі відповідній резонансної довжині хвилі атома. передавальна апаратура резонансний лідар У якості випромінювачів у передавальних пристроях лідарів, як правило, застосовуються діапазонні генератори на розчинах органічних сполук, що володіють можливістю настроювання частоти випромінювання на лінію поглинання досліджуваного атома. Резонансні лідари дозволяють одержувати інформацію про параметри, склад і динаміку атмосфери до висот порядку 100 км, недосяжних для інших дистанційних засобів контролю. Стосовно до адаптивних систем спостереження за обєктами потужний випромінювач на барвнику спроможний створити в натрієвому прошарку природного походження коригувальну зірку великої яскравості з тим, щоб забезпечити вихід адаптивного телескопа на дифракційну межу. Відзначено, що випромінювачі, існуючі на момент початку даної роботи, потребували в істотній модернізації, як із погляду підвищення спектральної яскравості, так і тривалості їхньої безупинної роботи.На підставі проведеного аналізу варіантів побудови освітлювачів, запропоновано використовувати в якості базового варіанта освітлювач із послідовним сполученням дзеркальних еліптичних циліндрів такої ж довжини як і лампа, що застосовується для накачування. Особливість конструкції полягає в послідовному сполученні декількох циліндричних освітлювачів, розташованих під кутом один до одного з тим, щоб забезпечити можливість підключити лампи до розрядних ланцюгів і контуру рідинного охолодження. У даному варіанті можливо в принципі необмежено нарощувати протяжність активного елемента випромінювача при фіксованій довжині ламп накачування. Крім того використання в якості джерела накачування прямолінійних ламп спрощує процедуру їхньої заміни при виході з ладу без розбирання системи накачування. Конструкція голівки дозволяє при необхідності нарощувати її довжину і відповідно кількість ламп накачування в залежності від конкретних умов застосування, а також їхню швидку заміну без розюстурування резонатора.Розглянуто основні фактори, що знижують ефективність генерації випромінювачів на розчинах органічних сполук: радіаційний шум, посилений розсіюваний шум і підвищені крайові втрати при термічних спотвореннях в активному елементі. Розглянуто вплив неоднорідності поглинання випромінювання накачування на втрати і розходження випромінювання генераторів на барвниках. Розрахункові оцінки характеристик генерації проводилися для резонатора, що містить на всіх ступенях селекції внутрішньорезонаторні інтерферометри Фабрі-Перо. При виборі кількості внутрішньорезонаторних інтерферометрів передбачалося, що збільшення числа селекторів у резонаторі для підвищення спектральної яскравості випромінювача має сенс доти, поки зростає . Параметрами, що змінювались у розрахунках були довжина і діаметр кювети з барвником, коефіцієнти відбитка пластин селектора і вихідного дзеркала резонатора.В процесі аналізу структурної схеми передавального пристрою резонансного лідара розглянуті основні проблеми, що виникають при розробці передавачів флуоресцентних лідарів. У порівнянні з іншими засобами зондування атмосфери багаторазово зростають вимоги до точності настроювання і стабільності спектральної лінії на виході передавального пристрою. Розглянуто варіанти побудови спектроаналізаторів для контролю