Применение лазеров

Лазерные устройства находят самое широкое распространение в науке, медицине, промышленности, транспорте, в обороне страны, на предприятиях связи и во многих других отраслях народного хозяйства. На рис. 2.7 показаны некоторые области, в которых находят применение лазерные устройства — это наука, вооружение, медицина, техника и связь [9, 10].

Применение лазеров

Наука


Вооружение


Медицина


Спектроскопия Измерение расстояний Фотохимия Намагничивание Интерферометрия Термоядерный синтез Охлаждение Создание звёзд

Лазерное оружие Лазерное наведение Целеуказатели Дальномер

Системы обнаружения

Техника и связь

Резка, сварка, маркировка, гравировка

CD, DVD-проигрыватели, принтеры, дисплеи Фотолитография, считыватель штрихкода Оптическая связь, системы навигации (л.гироскоп) Манипуляции микрообъектами


Скальпель

Точечная сварка тканей

Хирургия

Диагностика

Удаление опухолей

Рис. 2.7. Применение лазерных устройств

Основные области применения полупроводниковых лазеров показаны на рис. 2.8. Это наука, связь, телекоммуникации, транспорт, научные исследования и др.

Конкретные области применения лазеров в технике и связи показаны на рис. 2.9, а именно: линии связи; точечная сварка; электронно-вычислительной технике; голографии и других показаны

Основные области применения полупроводниковых лазеров

Научные исследования



Авиационная и космическая промышленность

Телекоммуникации и связь

Охрана окружающей среды

Биофизика и

медицина

Автомобильная промышленность

Рис. 2.8. Основные области применения полупроводниковых лазеров



безопасность


Оптические и лазерные технологии


Нано-технологии Лазерная резка, сварка и обработка материалов

Транспорт


Применение лазеров

Техника И СВЯЗЬ:


Хранение информации на оптических носителях (компактдиск, DVD и т.д.);

Оптическая связь;

Оптические компьютеры

Голография, Лазерные дисплеи;

Лазерные принтеры, цифровые минилабы;

Считыватели штрих-кодов.


Рис. 2.9. Конкретные области применения лазеров в технике


Лазеры связи

Наибольшее распространение в народном хозяйстве получили лазеры связи. Существуют волоконно-оптические системы связи (ВОСС) с использо ванием оптоволоконного кабеля и лазерные атмосферные системы связи. На рис. 2.10 даются пояснения к понятию «лазерная связь» [13, 14, 17].

Лазерная связь

Появление лазеров произвело переворот в технике связи п записи информации. Существует простая закономерность: чем выше несущая частота (меньше длина волны) канала связи, тем больше его пропускная способность. Именно поэтому радиосвязь, вначале освоившая диапазон длинных волн, постепенно переходила на все более короткие длины волн. По лазерному лучу можно передать в десятки тысяч раз больше информации, чем по высокочастотному радиоканалу. Лазерная связь осуществляется по оптическому волокну - тонким стеклянным нитям, свет в которых за счет полного внутреннего отражения распространяется практически без потерь на многие сотни километров. Лазерным лучом записывают и воспроизводят изображение (в том числе движущееся) п звук на компакт-дисках.

Рис. 2.10. Лазерная связь

Особенности лазерных атмосферных систем связи

В отличие от ВОСС лазерные атмосферные системы связи имеют значительное и трудно прогнозируемое затухание информационного сигнала на трассе, которое складывается из двух основных составляющих.

  • - затухания за счет рассогласования источника излучения и его приемника;

  • - затухания за счет поглощения и рассеивания оптического излучения в атмосфере.

Отметим их некоторые особенности.

Основным процессом, сопровождающим распространение инфракрасного (ИК) оптического излучения в атмосфере, является его селективное поглощение парами воды, углекислым газом, а также рассеяние мельчайшими частицами, находящимися во взвешенном состоянии в атмосфере. В диапазоне длин волн свыше 1 мкм и на высотах до 12 км наибольшее значение имеет селективное поглощение оптического излучения молекулами водяных паров и углекислого газа.

Концентрация водяных паров в атмосфере является переменной, зависящей от географического положения, высоты, времени года и т.п. С увеличением высоты содержание водяного пара в атмосфере резко уменьшается, и на высоте свыше 12 км оно фактически равно нулю. Сильные полосы поглощения ИК-




излучения соответствуют примерно следующим длинам волн: 0,51, 0,7, 0,9, 1,16, 1,3 мкм и т.д. (более дальний оптический диапазон сегодня не используется). Соответственно, «окна прозрачности» (где коэффициент пропускания атмосферы максимален и составляет 0,6-0,9) располагаются на длинах волн: 0,95, 1,15, 1,5-1,8 мкм.

Для расчета поглощения излучения водяным паром введено понятие «количество осажденной воды», измеряемое толщиной слоя воды (мм), которое получится, если осадить всю воду из оптической трассы с заданной толщиной слоя атмосферы по длине канала. Кроме поглощения поток ИК-излучения рассеивается молекулами воздуха (молекулярное рассеяние) и различными частицами, взвешенными в воздухе: пыль, кристаллы солей, остатки продуктов сгорания, капли воды и кристаллы льда (аэрозольные рассеяния). В то время как коэффициенты пропускания атмосферой монохроматического потока ИК-излучения с учетом молекулярного рассеяния могут быть рассчитаны достаточно точно, расчет коэффициента пропускания потока с учетом аэрозольного рассеяния с необходимой для практики точностью невозможен, так как для этого необходимо знать количество, размеры, форму и состав вещества аэрозольных частиц, на которых происходит рассеяние ИК-излучения. Кроме того, так как в качестве излучателя атмосферного передатчика могут использоваться некогерентные излучающие диоды, то, соответственно, и поток ИК-излучения не является в чистом виде монохроматическим. Учитывая сказанное выше, рассеяние ИК-излучения в «окнах прозрачности» уточняют на основании экспериментальных исследований. Следует отметить, что в соответствии с теорией взаимодействия лучистого потока с частицами, взвешенными в воздухе, он обтекает частицы (т.е. не происходит рассеяния), если длина волны потока больше диаметра частицы. Другими словами, чем длиннее волна лучистого потока, тем меньше аэрозольное рассеяние. Туман и облака сильно рассеивают ИК-излучеиие; имеющиеся экспериментальные данные по прохождению ИК-излучеиия через туман и облака относятся к ИК-технике ночного видения, тепловидения и т.п. С другой стороны, при работе лазерных атмосферных систем связи затухание в облаках можно не учитывать, а туман (особенно в городских условиях) явление эпизодическое. В условиях же дождя, снега, аэрозольной пыли (при правильно выбранной оптической мощности передатчика и чувствительности оптоэлектронного приемника) такие системы должны работать безотказно. Следует отметить, что лазерная связь двух объектов, осуществляется только посредством соединения типа «точка-точка» (рис. 2.11).




Лазерная связь двух объектов, осуществляется только посредством соединения типа «точка-точка»

Рис. 2.11. Лазерная связь двух объектов

На рис. 2.11. показаны, преимущества организация атмосферной лазерной связи и локации по сравнению с существующими средствами радиосвязи и радиолокации.

Лазерная связь и локация. По сравнению с существующими средствами радиосвязи и радиолокации лазерные обладают двумя основными преимуществами: узкой направленностью передачи и широкой полосой пропускания передаваемых частот. Сам лазер создает направленный луч (расходимостью ~ 10'), а прменение оптической системы позволяет сформировать еще более параллельный луч (расходимостью ~2-3"). Один лазерный луч позволяет передавать сигнал в полосе частот —100 Мгц. Это дает возможность одновременной передачи 200 телевизионных каналов.

Рис. 2.11. Организация атмосферной лазерной связи и локации

На рис. 2.12 даются понятия о космической радиосвязи или оптической (лазерной связи), а на рис. 2.13 приведена схема организации лазерной локации на громадных расстояниях от земли.

Космическая связь -радиосвязь или оптическая

(лазерная) связь, осуществляемая между наземными приемно-передающими станциями и космическими аппаратами, между несколькими наземными станциями преимущественно через спутники связи или пассивные ретрансляторы (напр., пояс иголок), между несколькими космическими аппаратами.

Рис. 2.12. Даются понятия о космической лазерной связи

Рис. 2.13. Схема организации лазерной локации

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ   След >