lazernaya_tekhnika_uchebnik (863459), страница 18
Текст из файла (страница 18)
Схема разделениялазерного пучка и формированияплоскости симметрии:‒θ1, 3 – диаметрально противоположныелазерные пучки; 2 – горизонтальнаяплоскость; 4 – система разделения пучкаи вращения относительно вертикальнойоси; 5 – лазер0 +θtРис. 4.17. Распределениеинтенсивности лазерного пучка вплоскости анализа (наблюдений)93Скорость вращения лежит впределах 8–10 об/с, и при наблюдении в плоскости симметрии,имея удвоенную частоту модуляции, излучение визуально кажетсяtнепрерывным, в то время как внеаплоскости симметрии наблюдаетIся мигание (рис.
4.18). Фотоэлектрическим методом также фиксируется наличие первой гармоники(10 Гц) сигнала, а удвоенная частота принимается за нулевой отсчет.tбДиапазон действия на площади –Рис. 4.18. Вид выходного сигнала около 200 000 м2, точность передапри наличии рассогласования и при чи отметок ±2 мм на расстоянии доотсутствии превышений:60 м.Используемый гелий-неоноа – выходной сигнал при положениивый лазер имеет выходную мощприемника вне плоскости симметрии;б – выходной сигнал при наблюдении вность 1,5 мВт, потребляет мощплоскости симметрииность 20 Вт и рассчитан на автономное питание от аккумуляторов напряжением 12 в.Широкое распространение получают в последнее время лазерныеприборы вертикального проектирования, в которых пучок излучениялазера приводится в вертикальное положение или с его помощью задается вертикальная плоскость.
Используется несколько способов задания вертикального положения пучка излучения. Наиболее простой изних заключается в установке пучка вертикально с помощью уровней.Этот способ был одним из первых применен в лазерном зенит-центрире ЛВЦ-1 с газовым He-Ne лазером в качестве источника излучения.Лазерный пучок с расходимостью около 12ʹ коллимирующей системойпреобразован в пучок с расходимостью менее 30ʺ.
Лазер и соосная емуколлимирующая система установлены вертикально с помощью цилиндрических уровней с ценой деления 8ʺ. Такой прибор использовалсяпри строительстве Останкинской телебашни в Москве, где полученапогрешность проектирования на высоту 300 м около 15 мм.Другим распространенным способом установки вертикальной линииявляется использование искусственного горизонта, образованного поверхностью налитой в плоский сосуд ртути. Схема простейшего лазерного оптического отвеса с искусственным горизонтом приведена на рис.
4.19.I94Зеркало 1 устанавливается перпендикулярно оптической оси автоколлимационной зрительной трубы 4. Затем весь прибор, включая зеркало 1, лазер 2, светоделитель 3 и трубу 4, поворачивается до совмещения изображений лазерного пучка от зеркала 1 и поверхности ртути 5.После совмещения двух изображений пучка ртутное зеркало убираетсяи пучок лазера направляется вниз с погрешностью порядка ±5ʺ. Для построения отвесной линии вверх используется схема с дополнительнымсветоделителем 5, показанная на рис.
4.20. Зеркало 7 позволяет контролировать стабильность лазера относительно первоначально выставленного положения. Точность вертикализации может быть повышена до 1″.Фотоэлектрический лазерный2отвес использует явление диф3ракции от круглого отверстия и1искусственный ртутный горизонтв качестве опорного положения.4Схема такого отвеса приведена на5рис. 4.21.Излучение лазера через центральное отверстие дифракциРис. 4.19. Схема лазерного отвесаонной щели попадает на ртутноес использованием искусственногозеркало 1 и возвращается в видегоризонта:кольцевой картины на четыре фо1 – контрольное зеркало, 2 – газовыйлазер, 3 – светоделитель, 4 – зрительнаятруба, 5 – ртутное зеркало2162'434213557Рис. 4.20.
Схема лазерного отвеса спостроением вертикальной линиив двух направлениях относительногоризонта:Рис. 4.21. Лазерный отвес сиспользованием искусственногогоризонта и дифракционнойщели:1 – контрольное зеркало, 2 – газовыйлазер, 3 – светоделитель, 4 – зрительнаятруба, 5 –ртутное зеркало, 6 –светоделитель, 7 – хранитель опорногонаправления1 – ртутное зеркало; 2, 2ʹ – фотодетекторы; 3 – газовый лазер; 4 – центральноеотверстие дифракционной диафрагмы;5 – диафрагма с кольцевыми прорезями95тодетектора 2, закрытые диафрагмой с кольцевыми прорезями, показанной на рисунке под номером 5.
В случае совпадения дифракционнойкартины и диафрагмы имеет место максимальный сигнал на каждом детекторе, а при дифференциальном включении электрический сигнал отсутствует. Любое смещение приводит к разбалансу электронного тракта и появлению сигнала рассогласования. Очевидно, что расстояние отдиафрагмы до ртутного зеркала и размер дифракционной щели должныбыть согласованы. При расстоянии от ртутного зеркала до щели, равной 1 м, получена погрешность воспроизведения вертикальной линиипорядка 0,3ʺ. Сложность работы данного прибора определяется необходимостью совмещения лазерного источника 3 с дифракционной щельюкак по совпадению центров, так и по перпендикулярности оси пучка кплоскости щели.Задание вертикальной плоскости осуществляется вращающимисяпентапризмами, установленными на выходе лазерных нивелиров, илис помощью вращающихся призменных систем, совмещенных с лазерными отвесами.Реализация изложенных выше схемных решений осуществляется генераторами световых линий, среди которых следует выделитьсерийные приборы развертки в прямую линию LG-D532 и LG-D650или развертки пучка в крест со взаимно перпендикулярными лучамиKLM-C532 и KLM-C650 с полупроводниковыми лазерными излучателями с длинами волн 532 и 650 нм соответственно.4.7.
Лазерные системы воспроизведения информацииОдним из направлений развития оптико-электронного приборостроения является создание систем оптического воспроизведения информации на дисковых носителях. Большая информационная емкостьоптических дисковых носителей, превышающая на три порядка емкость магнитных дисков, позволила успешно применять их для хранения телевизионных программ (видеодиски), для воспроизведения практически с абсолютной достоверностью звуковых программ (компактдиски), использовать в компьютерах различного вида, в картографии ит.д.
Бесконтактный способ воспроизведения с помощью сфокусированного лазерного пучка дает возможность защитить запись прозрачнымпокрытием, что обеспечивает высокую надежность и долговечностьхранения информации. Существенное преимущество оптического вос96произведения – высокая скорость поиска информации. Кроме того, оптические дисковые носители относительно дешевы, и способ их производства позволяет осуществлять массовое тиражирование. Схема записи и воспроизведения оптической информации приведена на рис. 4.22.Пучок, излучаемый лазером 1, формируется коллимационным объективом 2, расщепляется дифракционной решеткой 3 на три пучка;зондирующий и два пучка слежения.
Эти пучки проходят поляризационный светоделитель 4, фазосдвигающий элемент 5 и фокусируютсямикрообъективом 6 на оптическом диске 7, который имеет информационную поверхность 9, покрытую защитным слоем 8. На информационной поверхности создаются три сфокусированных пятна диаметрамиоколо 1 мкм: пятно считывания и два пятна слежения 17 и 18. Пятносчитывания служит для получения информационного сигнала. При работе оно должно находиться по центру информационной дорожки 15.Пятна слежения необходимы для детектирования сигнала рассогласования между положением считывающего пятна и осью информационнойдорожки.
Диск 7 приводится во вращение приводом 19. При этом считывающее пятно движется вдоль информационной дорожки и модулируется информацией, записанной на ней. Отраженные обратно информационные пучки снова проходят микрообъектив и фазосдвигающийэлемент. При двукратном прохождении фазосдвигающего элемента поляризация пучков меняется на ортогональную, поэтому поляризационный светоделитель отразит их через сфероцилиндрический объектив 10на фотоприемник 11.
Сфероцилиндрический объектив необходим дляфокусировки пучков на фотоприемнике и для формирования сигналаошибки фокусировки считывающего пятна относительно поверхности.Фотоприемник формирует информационный электрический сигнал, атакже сигналы для схемы определения ошибки фокусировки 12 и схемы определения ошибки слежения 13.
Сигнал со схемы определенияошибки фокусировки поступает на вход «фокусировка» двухкоординатного привода микрообъектива 14, который перемещает микрообъектив вдоль оптической оси до устранения расфокусировки. Сигнал сосхемы определения ошибки слежения поступает на вход «слежение»того же привода, который перемещает микрообъектив в плоскости, перпендикулярной оптической оси, до устранения рассогласования междуположением считывающего пятна и информационной дорожкой.97213451969810714121113Информация1516171718161811Рис.
4.22. Схема записи и воспроизведения оптической информации98В системе оптического воспроизведения информации, показаннойна рис. 4.22, лазер, коллимационный объектив и микрообъектив представляют собой схему формирования зондирующего пучка. Дифракционная решетка, микрообъектив, фотоприемник, схема определенияошибки слежения и привод «слежение» микрообъектива образуют схему позиционирования считывающего пятна на информационной дорожке. Микрообъектив, сферицилиндрический объектив, фотоприемник, схема определения ошибки фокусировки и привод «фокусировка»микрообъектива формируют схему фокусировки считывающего пятнана поверхности носителя информации.
Поляризационный светоделитель и фазосдвигающий элемент входят в схему поляризационного разделения зондирующего информационного пучка. Разделение пучковможет быть выполнено различными способами, наибольшей эффективности разделения позволяет достичь поляризационная схема, например, с использованием четвертьволновой пластинки.Рассмотрим устройство отдельных элементов схемы, показанной нарис. 4.22. В качестве источника излучения лазера 1 может быть использован либо гелий-неоновый, либо полупроводниковый лазер.
Успешноеразвитие полупроводниковых лазеров с двойной гетероструктурой наоснове AlGaAs дало возможность применить их в системах оптическойзаписи и воспроизведения информации. По сравнению с гелий-неоновым полупроводниковые лазеры имеют следующие преимущества: значительно меньшие габариты и массу;небольшое напряжение питания(единицы вольт); меньшее тепловое рассеяние; большие механическаяпрочность и ресурс работы; меньшая стоимость.Однако полупроводниковым лазерам присущи также и такие недостатки: разброс значений длины в лазерах одного типа (до ±30 нм) иее зависимость от температуры и тока накачки, а также как правило,более длинноволновое излучение; большая расходимость лазерногоизлучения, неодинаковость расходимости в разных плоскостях, ее разброс в лазерах одного типа и зависимость от температуры и тока накачки; астигматизм пучка; меньшая степень поляризации; нестабильностьмощности излучения; сокращение срока работы при повышенных температурах.Увеличение длины волны приводит к необходимости увеличенияапертуры микрообъектива, что связано с увеличением сферическойаберрации, а если нормаль к поверхности видеодиска отклоняется от99оптической оси микрообъектива, то и комы.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
