Применение лазеров в связи и локации

Предлагается использовать ультразвуковую ячейку для полу­чения внешней амплитудной модуляции. Этот метод основан на зависимости интенсивности определенных типов колебаний на вы­ходе ультразвуковой ячейки от интенсивности бегущей ультразву­ковой волны, возбуждаемой модулирующим сигналом. Предусмот­рена возможность выбора тип колебаний, которые являются выход­ным сигналом модулятора.

Описан амплитудный модулятор, использующий нелинейные явления в оптическом диапазоне. Работа модулятора осно­вана на нелинейной зависимости поляризации от поля световой волны достаточно большой амплитуды.

При воздействии на нелинейную среду двух световых сигна­лов, один из которых несущий, а второй модулирующий, появляется сигнал, который содержит частоты с амплитудой, про­порциональной произведению амплитуд несущей и модулирующего сигнала. Поэтому возможно использование нелинейности среды для получения амплитудной модуляции.

Предложены амплитудные модуляторы, основанные на атом­ных и молекулярных взаимодействиях в веществе. Их ра­бота основана на изменениях поглощения света в веществе при изменении состояния атомов и молекул под действием различных внешних факторов (электрического и магнитного полей, темпера­туры, давления и т. д.). Такие системы позволяют получить широ­кополосную модуляцию.

Работа полупроводникового СВЧ - модулятора света основана на том, что отражающие свойства поверхности полупроводника ме­няются при изменении концентрации носителей, причем поверхност­ную концентрацию можно менять с достаточной скоростью.

Описан амплитудный модулятор, работа которого основана на изменении поглощения света при перераспределении плотности энергетических уровней под действием модулирующего электромаг­нитного излучения. Особенность таких модуляторов состоит в том, что при использовании среды с инверсией населенности уров­ней, т. е. среды с отрицательной температурой, можно значительно уменьшить уровень мощности модулирующего сигнала, необходимый для амплитудной модуляции нужной глубины.

Предложен модулятор, позволяющий осуществить одновремен­но и модуляцию, и усиление света за счет создания в веществе от­рицательного поглощения. Предложение основано на том, что различные используемые для модуляции эффекты, наиболее ярко выраженные при резонансе, являются в то же время функцией раз­ности населенностей уровней, определяющих резонансную частоту.

Для модуляции светового потока используют квантовую систе­му, состоящую из атомов щелочных металлов, процессирующих под действием модулирующего магнитного поля. При этом возни­кает амплитудная модуляция с частотой процессии атомов.

Описаны однополосные амплитудные модуляторы оптического диапазона, работающие по фазовому методу. Эти модуля­торы позволяют сузить рабочий диапазон частот при, сохранении объема передаваемой информации.

1.2.2 Амплитудные модуляторы для внутренней модуляции.

В простейшем случае внутренняя AM осуществ­ляется путем изменения энергии накачки. Например, в газовом ла­зере внутреннюю модуляцию можно осуществить, изменяя величи­ну тока разряда через трубку. Недостатком такого метода AM яв­ляется узкополосность. Значительно большей рабочей полосой ча­стот обладают твердотельные лазеры с модулируемой накачкой.

Для осуществления внутренней амплитудной модуляции ис­пользуют электрооптическую ячейку, помещаемую внутрь резона­тора.

Управление коэффициентом усиления активной среды можно осуществить с помощью эффектов Зеемана и Штарка, обусловлен­ных соответственно действием магнитного и электрических полей.

Коэффициент усиления изменяется при расщеплении энерге­тических уровней из-за деформации электронных орбит атомов. Предложены амплитудные модуляторы для внутренней модуляции с использованием эффекта Зеемана. Для модуляции можно использовать как продольный, так и поперечный эффект Зеемана. Недостаток модуляторов, использующих эффекты Зеемана и Фарадея, в трудности получения большого магнитного поля в широком диапазоне частот модулирующего сигнала.

Для получения амплитудной модуляции может быть использо­анна ультразвуковая ячейка, помещенная внутри резонатора ла­зера. Ультразвуковая ячейка, также как и в случае внешней модуляции, используется в сочетании с диафрагмой, выделяющей требуемый тип колебаний. Модулирующий сигнал используется для создания бегущей волны в ультразвуковой ячейке.

Особенно эффективна внутренняя модуляция для резкого из­менения добротности резонатора, что широко используется для по­лучения «гигантских» импульсов излучения.

Для получения «гигантских» импульсов цепь обратной связи включается и выключается с помощью «оптических затворов». Рабо­та таких затворов основана на использовании электрических, маг­нитных, ультразвуковых эффектов и т. д. В качестве электроопти­ческого затвора предложено использовать особое стекло. Предложен оптический «рефракцион­ный затвор», основанный на отклонении светового луча при помощи ультразвуковой ячейки.

1.2.3 Методы частотной модуляции лазеров.

Часто­ту световой несущей можно регулировать за счет изменения резо­нансной частоты интерферометра Фабри—Перо. Это можно де­лать, например, с помощью пьезоэлементов, изменяющих оптиче­скую длину резонатора. Это изменение в такт с изменением моду­лирующего сигнала приводит к перемещению максимума прозрач­ности резонатора по спектру и, следовательно, к генерированию света с той или иной длиной волны.

Частотная модуляция света может быть осуществлена на осно­ве эффектов Зеемана и Штарка. Следует заметить, что модуляция с использованием этих эффектов обладает определенными недостатками. Прежде всего, для осуществления широкополосной модуляции требуются, очень сильные магнитные или электрические поля.

Для частотной модуляции может применяться ультразвуковая ячейка, помещенная внутрь резонатора лазера. Конструкция моду­лирующей ячейки аналогична конструкции амплитудного модуля­тора для внутренней AM.

1.3 Приёмники излучения

Существует два метода приема оптического излучения: коге­рентный и некогерентный.

Когерентный метод приема осуществляется за счет использо­вания дополнительного ОКГ, называемого гетеродинным или опор­ным ОКГ. При когерентном методе используются супергетеродин­ные, балансные и другие схемы приемных устройств. Некогерентный метод основан на приеме оптических сигналов без их предвари­тельной обработки до детектора.

Рассмотрим схемы устройств приема оптических сигналов, при­меняемых в обоих методах.

Основная схема при некогерентном методе приема — схема прямого усиления. При этом сигнал усиливается до детектора или без усиления сразу подается на фотодетектор.

Для усиления луча используется оптический квантовый усили­тель (ОКУ).

При когерентном методе приема оптический сигнал подвергается дополнительной обработке до фото детектора. Когерентный метод приема отличается высокой чувствительностью и малыми шумами. При использовании этого метода облегчается задача фильтрации, по­скольку она осуществляется на микроволновых, а не на оптических частотах. В том случае, когда в схемах когерентного метода прие­ма используется местный гетеродинный ОКГ, предъявляются жест­кие требования к юстировке гетеродина и стабильности его часто­ты. Более того, при одновременной подаче на фоточувствительную поверхность двух когерентных оптических сигналов одинаковой поляризации фронты двух световых лучей должны иметь одинако­вую относительную фазу вдоль всего катода.

1	2	3	4	5	6	7	8