СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА №6/2015

СОВРЕМЕННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ 20 WWW.SOEL.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 6 2015 100 км (практически, до бесконечно- сти, что соответствует работе с при- поднятой платформы по внеатмо- сферному объекту); ● r 0,4 для восходящих трасс от уровня моря до бесконечности, то есть по внеатмосферному объекту. Расчёты выполнены для двух длин волн (0,53 и 1,06 мкм) плоской и сфе- рической волны, что даёт возможность сопоставить два предельных режима – узких и широких пучков. В расчётах использовалось несколько моделей, чаще всего применяемых для наблю- дения внеатмосферных объектов на станции AMOS (гавайский остров Мауи и обсерватория Мауна-Кея), а также модель Гринвуда, созданная для усло- вий равнинной местности. Для учёта зенитного угла наклона трассы введён угол θ . Оценки показы- вают, что для зенитных углов трассы до 75 ° можно пользоваться приближением «плоской Земли» и рассчитывать зави- симость уровня флуктуаций от зенит- ного угла трассы, как зависимость вида: r 0,1 ( θ ) = r 0,1 (0)cos 3/5 θ . Это позволяет данные таблицы 1, вычисленные для условий распростра- нения в зенит, пересчитать в параметры для трассы с зенитным углом θ . Соответ- ствующее увеличение геометрической длины трассы численно равно cos –1 θ . В данном случае высота размещения оптической системы на платформе рав- на 10 км. Расчёты можно провести для любой другой высоты, но они не изме- нят следующие качественные выводы: ● основной вклад во флуктуации несёт самый нижний 10-километровый слой атмосферы; ● величины r 0,1 и r 0,4 практически сопо- ставимы; ● величина r 0,2 практически в 5 раз больше величины r 0,1 ; ● переход от коротких к более длин- ным волнам увеличивает радиус коге- рентности, что уменьшает уровень влияния атмосферной турбулентно- сти на параметры оптического излу- чения (увеличение радиуса когерент- ности с увеличением длины волны связано соотношением r 0 ( λ 1 )/r 0 ( λ 2 ) = = ( λ 1 / λ 2 ) 6/5 для любых трасс); ● восходящие трассы, идущие до высот 10 км, обуславливают примерно в 4–5 раз большие флуктуации для расходящихся волн, по сравнению с нисходящими трассами. Сопоставим уровень флуктуаций при применении фазовой адаптивной кор- рекции со случаем, когда фазовая адап- тивная коррекция отсутствует. Для это- го производится расчёт распределения средней интенсивности в фокальной плоскости установленного на платфор- ме приёмного телескопа в отсутствие коррекции. Далее, используя получен- ные результаты, можно рассчитать зна- чение параметра Штреля, представля- ющего собой отношение значения средней интенсивности на оси систе- мы в случайно-неоднородной среде к значению интенсивности в вакууме. Отметим, что параметрШтреля явля- ется одним из ключевых показателей для определения эффективности при- менения оптико-электронной системы в случайно-неоднородной среде. Этот параметр определяет «проникающую силу» оптико-электронной системы. В астрономии, например, параметр Штреля определяет минимальную све- тимость звезды, которую в состоянии обнаружить телескоп. Значение пара- метра Штреля системы при наблюде- нии через турбулентную среду зави- сит от величины радиуса когерентно- сти плоской волны. При этом радиус когерентности рассчитывается по тол- ще случайно-неоднородной среды, в которой распространяется излучение. Рассмотрим результаты применения адаптивной коррекции с использова- нием лазерной опорной звезды (ЛОЗ) в виде сфокусированного пучка. Опу- ская математические выкладки, отме- тим, что для поля, формируемого в результате адаптивной коррекции с использованием одной ЛОЗ, находя- щейся на оси телескопа, получим выра- жение параметра Штреля для оптико- электронной системы (приёмного телескопа), корректируемого с помо- щью фокусируемой ЛОЗ, которое пре- терпит существенное увеличение. Адаптивная коррекция с использова- нием традиционной сфокусированной ЛОЗ фактически будет эквивалентна увеличению размера когерентной части апертуры телескопа, численно равной величине b. Далее рассчитаем эффект от при- менения адаптивной коррекции при работе системы с Земли по восходя- щей трассе. Вычисления сделаны для трёх наиболее применимых моделей и трёх высот формирования ЛОЗ (20, 40 и 100 км) с учётом того, что приём- ное устройство размещено на уров- не Земли (см. табл. 2). Численные дан- ные показывают увеличение размера когерентной части апертуры системы, обусловленное действием адаптивной коррекции. Например, для различных моделей на высоте 100 км оно состав- ляет от 25 до 27 раз. Иначе говоря, если радиус когерентности для плоской вол- ны составляет, например, 20 см, то тра- диционная коррекция увеличивает раз- мер когерентной части апертуры теле- скопа примерно до 5 м. С ИЛОВЫЕ ВОЛОКОННЫЕ СВЕТОВОДЫ ДЛЯ ДОСТАВКИ ЛАЗЕРНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ НА ПРИВЯЗНЫЕ АЭРОСТАТЫ Для доставки мощного лазерно- го излучения на привязные аэроста- ты можно использовать оптическое волокно с сердцевиной из особо чисто- го обезвоженного кварца. Конфигурация обычной системы доставки предполагает наличие рас- ширителя пучка, ряда заполняющих зеркал и фокусирующего объектива. Оптика всех перечисленных компонен- тов достаточно проста, так как все они работают в слабо расходящихся пуч- ках. Размер лазерного пучка в обычных системах доставки обычно существен- но меньше линейных размеров опти- ческих элементов, что в значитель- ной мере упрощает процесс юстиров- ки. Кроме того, в обычных системах доставки отсутствуют точки внутрен- ней фокусировки пучка, что позволя- ет свести к минимуму проблему луче- вой прочности. Конструкция волоконной системы доставки включает систему ввода излу- чения в оптическое волокно, силовой волоконный световод (СВС) требуе- мой длины (3–5 км) и формирователь выходного лазерного пучка. Последний работает в расходящемся пучке (вели- чина расходимости характеризует- ся числовой апертурой волокна). Это упрощает согласование пучка с борто- вым фотоэлектрическим преобразо- Таблица 2. Эффект от применения адаптивной коррекции при работе системы с Земли по восходящей трассе Высота формирования ЛОЗ, км Величина b для модели Гринвуда Величина b для модифицированного профиля Хафнагеля-Стенли Величина b для профиля США для условий ночи 20 6,08 5,19 7,07 40 11,32 10,15 13,74 100 27,74 25,82 27,42 © СТА-ПРЕСС