ПРИЕМОПЕРЕДАЮЩАЯ ОПТИЧЕСКАЯ СИСТЕМА Советский патент 1995 года по МПК G01S17/00 

Изобретение относится к оптической связи и может быть использовано для оперативной беспоисковой связи с несколькими корреспондентами с использованием лазерного излучения.

Известно приемопередающее оптическое устройство, содержащее вращающуюся приемную оптическую систему с детекторами излучения, расположенными кольцеобразно относительно ее оси вращения, индикатор направления прихода излучения, лазерный запросчик в виде лазерных диодов с передающей оптической системой и электронный блок обработки сигналов с дополнительным индикатором, устанавливающим функциональные связи.

За счет дискретного расположения детекторов излучения, точность определения направления не является достаточно высокой.

Кроме того, конструктивные особенности выполнения этого устройства, например наличие лазерных диодов, не обеспечивают достаточно высокой дальности связи из-за малой мощности излучения.

Наиболее близким по технической сущности является приемопередающее оптическое устройство, содержащее ретрорефлектор, фотоприемник, соединенный с блоком обработки сигналов, выход которого соединен с входом модулятора.

Излучение от корреспондента попадает на фотоприемник, сигнал с которого затем подается в блок обработки, а также через модулятор поступает на ретрорефлектор. Сигнал с блока обработки поступает на модулятор, который модулирует излучение, отраженное от ретрорефлектора, формируя ответный сигнал.

Однако конструктивные особенности выполнения устройства, обеспечивающие использование в качестве ответного сигнала модулированного излучения, принятого от корреспондента, значительно ограничивают дальность и надежность двусторонней связи. Так, если от корреспондента пришло слабое излучение, то нет никакой уверенности в том, что ответный сигнал, несущий полезную информацию, будет принят и обработан.

Цель изобретения - увеличение дальности действия системы.

Поставленная цель достигается тем, что в приемо-передающую оптическую систему, содержащую ретрорефлектор, фотоприемник, соединенный с блоком обработки сигналов, выход которого соединен с входом модулятора, введены источник накачки с блоком питания, соединенным с блоком обработки сигнала, и отражатель, расположенные с внешней стороны ретрорефлектора параллельно оптической оси, при этом ретрорефлектор выполнен из оптически сопряженных линзы и мениска из активного вещества с отражающим покрытием в виде круга в центральной части вогнутой поверхности, и в виде кольце по краю выпуклой поверхности, а модулятор расположен со стороны выпуклой поверхности мениска в центральной его части и выполнен в виде вогнутого сферического зеркала. Кроме того, линза ретрорефлектора выполнена двояковыпуклой с соотношением диаметра к толщине, равным 0,5, и радиус кривизны обеих поверхностей равен толщине линзы. При этом радиусы кривизны вогнутой R₁ и выпуклой R₂ поверхностей мениска связаны соотношением:
+ = где d - толщина мениска;
n - показатель преломления активного вещества.

Внутренний диаметр кольца отражающего покрытия, нанесенного на выпуклой поверхности мениска, равен диаметру круга, нанесенного на вогнутой поверхности мениска, и равен диаметру модулятора, который выполнен в виде вогнутого сферического зеркала с радиусом кривизны R=R₂и вплотную прилегает к выпуклой поверхности мениска.

Модулятор может быть выполнен на основе пленок из InO₂ и VO₂, на которые нанесены отражающие покрытия.

Выполнение ретрорефлектора из активного вещества приводит к тому, что излучение, принятое от корреспондента, проходя через ретрорефлектор, усиливается. Для усиления принятого излучения в активном веществе создают инверсию населенности верхнего возбужденного состояния, для чего в устройство введены источник накачки и отражатель, параллельно оптической оси которого расположен ретрорефлектор. Выполнение ретрорефлектора в виде линзы и мениска обеспечивает двухкаскадность устройства, что увеличивает мощность ответного излучения.

Форма выполнения линзы и мениска обеспечивает высокую угловую точность в распространении ответного излучения и повышает также мощность излучения за счет многократного отражения от нанесенных на мениск покрытий. Выполнение линзы двояковыпуклой с соотношением диаметра к толщине, равным 0,5, и имеющей радиусы кривизны поверхности, равные толщине линзы, способствует повышению угловой точности распространения ответного излучения и его мощности.

Высокая угловая точность направления ответного излучения обеспечивается выполнением радиусов кривизны поверхностей мениска в соответствии с формулой, что повышает надежность двусторонней связи. Использование модулятора обеспечивает высокое быстродействие при малом уровне потребляемой мощности и большую глубину модуляции ответного сигнала, что также способствует увеличению дальности и надежности двусторонней связи.

На чертеже показана предлагаемая приемопередающая система.

Она содержит фотоприемник 1, блок 2 обработки сигналов, модулятор 3, блок питания 4, источник 5 накачки, отражатель 6, ретрорефлектор 7, линзу 8, мениск 9, отражающие покрытия 10, 11. При этом выход фотоприемника 1 соединен с входом блока 2 обработки сигналов, первый выход которого подключен к входу модулятора 3, а второй - к входу блока питания 4, выход которого соединен с источником 5 накачки.

В конкретном примере реализации устройства в качестве фотоприемника 1 использован фотоэлектрический умножитель ФЭУ-77. Выполнение блока 2 обработки сигналов зависит от конкретного назначения приемо-передающего устройства. В частности он содержит усилитель, дешифратор, генератор ответного сигнала, формирователь запускающих импульсов. Блок питания 4 содержит высоковольтный выпрямитель, накопительную батарею конденсаторов, разрядник. В качестве источника 5 накачки использованы импульсные лампы ИФП-2000. Отражатель 6 выполнен в виде эллиптического цилиндра, на внутренней поверхности которого нанесено отражающее покрытие из серебра.

Устройство работает следующим образом. Излучение от корреспондента попадает на фотоприемник 1 и ретрорефлектор 7. С фотоприемника 1 электрический сигнал поступает в блок 2 обработки сигналов, в котором осуществляется усиление, декодирование, формирование ответного сигнала и формирование запускающего импульса. С первого выхода блока 2 обработки сигналов подается ответный сигнал на модулятор 3, а с второго выхода запускающий импульс на вход блока питания 4, с выхода которого подается мощный импульс на источник 5 накачки, выполненный, например, в виде импульсных ламп. Излучение от источника 5 накачки отражателем 6 направляется на ретрорефлектор 7, в активном веществе которого создается инверсия населенности верхнего возбужденного состояния. Излучение от корреспондента распространяется в активном веществе линзы 8 и мениска 9, усиливается при этом и после отражений от покрытия 11, а затем 10 попадает на модулятор 3. Под действием сигнала, поступающего из блока 2 обработки, модулятор 3 оказывается промодулированным по амплитуде. Промодулированное излучение снова попадает на отражающее покрытие 10, отражается от него на покрытие 11 и выходит из мениска. Если в результате шестикратного прохождения сигнала в активном объеме мениска 9 принятое от корреспондента излучение усиливается до уровня насыщения предварительного усилителя, то ответный сигнал проходит линзу 8 без усиления и распространяется в направлении, строго противоположном направлению принятого сигнала, т.е. в направлении на корреспондента.

Если от корреспондента поступило очень слабое излучение, и после выхода из мениска 9 уровень излучения меньше уровня насыщения предварительного усилителя, то при обратном прохождении через линзу 8 происходит дополнительное усиление ответного излучения.

Предложенное устройство позволяет осуществить двустороннюю беспоисковую оптическую связь одновременно с несколькими корреспондентами, находящимися в поле зрения приемопередающего устройства, без изменения его ориентации. При этом точная направленность ответного излучения обеспечивает возможность проведения индивидуальной связи с каждым из корреспондентов.

1. ПРИЕМОПЕРЕДАЮЩАЯ ОПТИЧЕСКАЯ СИСТЕМА, содержащая ретрорефлектор, фотоприемник, соединенный с блоком обработки сигналов, выход которого соединен с входом модулятора, отличающаяся тем, что, с целью увеличения дальности действия системы, в нее введены источник накачки с блоком питания, соединенным с блоком обработки сигнала, и отражатель, расположенные с внешней стороны рефлектора параллельно оптической оси, рефлектор выполнен в виде оптически сопряженных линзы и мениска из активного вещества с отражающим покрытием в виде круга в центральной части вогнутой поверхности и в виде кольца по краю выпуклой поверхности, а модулятор размещен со стороны выпуклой поверхности мениска в центральной его части и выполнен в виде вогнутого сферического зеркала. 2. Система по п.1, отличающаяся тем, что линза ретрорефлектора выполнена двояковыпуклой с соотношением диаметра к толщине, равным 0,5, а радиус кривизны обеих поверхностей равен толщине линзы. 3. Система по п.1, отличающаяся тем, что радиусы кривизны вогнутой R₁ и выпуклой R₂ поверхностей мениска связаны соотношением
,
где d - толщина мениска;
n - показатель преломления активного вещества.