Справочник по радиолокации (ред. Сколник М. И.) т. 4 - 1978 г. (1151803), страница 74
Текст из файла (страница 74)
9Х Принципы работы Тс = 2пгс где 1 (4пбч,)-' — постоянная затухания резонатора; Лис — половина полосы пропускания резонатора по уровню, половинной мощности. Время когереитности для лазера при одном типе колебаний в том же резонаторе равно Тс=йпЯс, (2) где 5 — число фотонов в данном типе колебаний. Тогда полуширина линии лазерного излучения по половинной мощности будет Ь=Лтс/5 (3) и обычно записывается в виде 4пйч (Лис)з Ь= Рс где й — постоянная Планка", ч — рабочая частота рентного излучения. Число фотонов Я в данном ыожет легко достигать 1000 нли более.
Если для (4) Рс=эйэ((с — мощность коге- типе колебаний в (2) и (3) лазерного резонатора Лт = 291 Преимущества, которыми обладают лазеры по сравнению с другими источниками света, являются следствием более высокой степени когерентиости— пространственной и времеинбй Обычно, когда говорят о совершенной когерентности в пространстве и во времени, подразумевают, что речь идет о сферической или плоской монохроматической волне бесконечной протяженности.
В действительности, это условие является излишне строгим. Важной стороной является то, что распределение фазы излучения во всех точках пространства и во времени должно быть определенным образом связано с распределением фазы на одной поверхности в некоторый момент времени. Таким образом, определение не ограничиваетси только случаем плоских волновых фронтов. Любой чистый тип колебаний (мода) в лазерном реаонаторе беэ потерь (одно из возможных распределений поля в резонаторе), так же как и в резонаторах сверхвысоких частот, является совершенно когерентным, Определение когерентности может даже быть обобщено таким образом, чтобы оио было справедливо для случая суперпозиции различных типов колебаний при отсутствии потерь.
В этом случае когерентность поля излучения имеет место, если значения поля определены единственным образом в пространстве и во времени. Простое определение когерентности для плоской волны применимо и в случае лазерного излучения для приложений, подобных «радиолокационным»,так как лазерный генератор с одним тином колебаний является по существу моно- хроматическим и основной тип колебаний является плоской волной или может быть преобразован в плоскую волну с помощью соответствующей оптики. Хотя для многих типов лазеров (особенно импульсных) трудно обеспечить работу на одном типе колебаний, выходное излучение большинства лазеров ивляется квазимоиохроматическим и может быть преобразовано по крайней мере в почти плоскую волну Время когерентности определяется как такое время запаздывания (или эквивалентная разность хода лучей), когда сравнение фазы в световом луче для двух различных моментов времени в течение продолжительного времени наблюдения в одной и той же точке пространства дает случайную корреляцию, что соответствует утрате видимости Время когерентности лазерного излучения намного превосходит время когерентности излучения просто отфильтрованного с помощью резонатора.
В дополненне необходимо отметить, что активная лазерная среда меняет статистические свойства световых флуктуаций. Время когерентнасти излучения, прошедшего через пассивный резонатор, равно Гл. у. Оптичлскив локаторы =1,5 10'з Гц, то для лазера с !О' фотонов на тнп колебаний иэ формулы (2) Ь 1,5 МГц. Если ч=З 10м Гц, что соответствует длине волны лазера 10 4 см (1 мкм), выходная мощность на этом тяпе колебаний Р,т7,6.10 з Вт. Пространственная когерентность выхолного излучения лазера определяется типом колебаний, поддерживаемых е лазерном резонаторе.
Когда сущест. вуют колебания только продольного типа и торцевые стенки оптического резонатора представляют собой плоские круглые зеркала диаметром Ы, излучение создает круговую дифракцнонную картину Фраунгофера (известную в оптике как диаграмма Эйри).
Угол между центральным максимумом — яркой точкой и первым нулем — темным кольцом опрелеляется выражением [41 (6) з!п Оз 1,22)./и. Ширина центральной точки (угловые размеры так называемого диска Эйри) по половинной интенсивности равна . п ОП,-1,06йуи. (6) В большинстве случаев, за исключением слУчая работы лазера при чрезвычайно точной настройке, расходимость лазерного излучения значительно больше значения, получаемого по формуле (6). В области сверхвысоких частот радиолокационные передатчики (за исключением предназначенных для генерирования шумов) имеют превосходную временную когерентность (по крайней мере в течение коротких промежутков времени). В отличие от лазеров в области СВН генераторов очень редко имеют значение эффекты, связанные с наличием многих типов волн, так как большинство резонаторов имеют размеры, близкие к длине волны.
В области СВЧ пространственная когерентность ближе к днфракционной границе, чем для оптических излучателей, что также являетси принпипиальным следствием соотношения размеров элементов конструкции и длины волны излучедия. Следует отметить, что источник колебаний (диапазона СВЧ или оптический) может иметь очень плохую временную когерентность и все же весьма совершенную пространственную когерентность. Указанное условие чаще встречается в лазерных источниках колебаний, В оптических локаторах может использоваться детектирование огнбшощей или когерентиое детектирование.
Детектирование огибающей является некогерентным в том смысле, что оно не сохраняет информацию о фазе несущей детектируемого сигнала, но оно проще и накладывает меньшие ограниче. ния на когерентность лазера, чем когерентное или гетеродинное детектирование. В отличие от видеодетекторов СВЧ .оптические детекторы огибающей при коротких импульсах и низком уровне фонового шума могут работать на квантовом пороге и обеспечить по существу такую же эффективность, как когерентные детекторы.
Детектирование на квантовом пороге имеет место, когда минимальный принятый сигнал Р„ определиется выражением рч дч Р т з)т где р» — требуемое минимальное число, сигнальных фотоэлектронов; Й вЂ” постоянная Планка; т — оптическая частота; з) — квантовая эффективность летектора; т — время наблюдения. В области СВЧ квантовую границу очень трудиа дОСтИЧЬ, таК КаК ат~йТт (ГдЕ Д вЂ” ПОСтОяННая БОЛЬцМаиа И Т— эффективная температура шума) и шумовой фон или тепловой шум детектора всегда больше, чем значение, соответствующее квантовому порогу и определяемое формулой (7). 292 р.!.
Принципы работы (4п)' Р, Ре Рт= бт Ае оЗт Зт (8) где Р,— мипимальная мощность обнаруживаемого сигнала, Вт; Р— дальность цели, и; б~ — усиление антенны передатчика; А — площадь приемной антенны, м', и — ЭПР цели, м'; 52 — коэффициент пропускания атмосферы или другой среды; 5,— коэффициент пропускания оптики локатора. В оптическом диапазоне обычно измеряемой величиной является не усиление антенны, а ширина луча, и, если вместо усиления антенны передатчика подставляется ширина ее луча, т. е. От=4п/О~, то формула (8) принимает вил 2 4пР,)(е От Рт= Ае о82 Зт Если Р.
определяется квантовым порогом в соответствии с формулой (7), то (9) принимает вид 8прйсВЯе О( ХАео5,3тт) ' ()О) 293 Высокоскоростные фотоумножители в детекторы огибающей на фото- диодах, размеры которых много больше оптической длины волны, позволяют в оптических приемных антеннах осуществлять распределенное обнаружение. При этом в приемных антеннах достигается перекрытие большего телесного угла, чем ширина луча, определиемвя размерами апертуры и связанная с дифракцией, без потери эффективности апертуры и без использования нескольких детекторов (облучателей). Прн этом приемная антенна утрачивает свойство высокого разрешения, но во многих случаях лазерный перелатчик обеспечивает сам достаточно высокое разрешение (много выше, чем в РЛС). Требования к стабильности и точному визирование в этом режиме могут быть ослаблены, что облегчает поиск и обнаружение цели В области СВЧ не существует режима работы, сравнимого с указанным.
Для осуществления в оптическом локаторе когерентного детектирования требуется хорошая пространственная когерентность в пределах приемной апертуры и стабильный вспомогательный сигнал (обычно смещенный по частоте) для гетеродинироввния сигнала, отраженного от цели.
Когда все эти требования можно выполнить, когерентное детектирование ие только дает информацию о доплеровском сдвиге частоты, но также позволяет осуществить летектированне нэ квантовом пороге при относительно высоком уровне фонового шума Земли, Этот метод детектирования, близкий к идеальному, можно использовать до диапазона таких ИК частот, где еще возможно создание оптического смесителя. К сожалению, из-эя требования пространственной когерентности при когерентиом детектировании жестко ограничивается максимальный размер апертуры системы (оптической антенны), в также угол зрения.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
