му інжекції від 34 до 36 мА. Тривалість електричних імпульсів і, відповідно, імпульсів випромінюваного світла на різних довжинах хвиль може бути досить малою, аж до 2 нс. Різниця довжин хвиль генерації? ? =? 1 -? 2 для асиметричних квантоворозмірних лазерних діодів досягає значень 20-70 нм. Якщо використовувати терморегулятор на ефекті Пельтьє і стабілізувати імпульси струму інжекції, то відносна нестабільність різниці довжин хвиль генерації може бути менше 10-3.
Малюнок 4 - Функціональна схема двухволнового рециркуляционного лазерного далекоміра [12]
Далекомір працює таким чином. У початковий момент часу блок Таймер формує два імпульси, рознесені в часі на інтервал Т. Блок Генератор накачування формує відповідні амплітуди імпульсів струму для запуску лазера на довжинах хвиль? 1 і? 2. Для рециркуляційних датчиків дальності вимірювана відстань грає роль оптичної лінії затримки в петлі зворотного зв'язку. При замиканні оптичної зворотного зв'язку в системі встановлюється процес рециркуляції з частотою, яка визначається затримкою випромінювання на дистанції і постійної електричної затримки у функціональних блоках системи. Таким чином, вимірюючи частоту рециркуляції, можна визначити відстань до об'єкта.
Використовуючи описаний вище режим роботи напівпровідникового лазера, на дистанцію почергово надсилаються оптичні імпульси на довжинах хвиль? 1 і? 2. Так як швидкість поширення випромінювання в повітрі залежить від довжини хвилі, причому? 2 lt; ? 1, то затримка на дистанції випромінювання при? 2 буде більше, ніж при? 1. Різниця оптичних затримок за один період рециркуляції становить
де L - вимірювана відстань;
n1 і n2 - показники заломлення повітря при? 1 і? 2 відповідно.
При різниці довжин хвиль, рівний 20 нм, значення? t на відстані L=1 км становить порядку 1 пс. Очевидно, що вимірювання таких коротких тимчасових інтервалів викликає великі складності. Однак в режимі рециркуляції відбувається накопичення різниці тимчасових затримок, і за число періодів реціркуляціі N=104-105 різниця затримок стає рівною Т=N? t і досягає десятків або сотень наносекунд. У розробленій системі для вимірювання? T визначається число періодів рециркуляції N, протягом якого різницю затримок стане рівною 100 нс. У цьому випадку дальність обчислюється за формулою
де topt - час затримки випромінювання на дистанції при? 1;
n1 - показник заломлення повітря при? 1;
? n=n2 - n1 - різниця показників заломлення при? 2 і? 1 в умовах вимірів.
Значення n1 і? n1 можна розрахувати на підставі довідкових даних [15]. Зокрема, як міжнародний стандарт затверджена наступна формула для дисперсії повітря:
Тут? =0,00367 - коефіцієнт об'ємного розширення повітря;
t - температура (° С);
p - барометричний тиск (мм рт. ст.);
е - параметр, що враховує вологість повітря;
nC - дисперсія сухого повітря (е=0) при умовах t=15 ° С і p=760 мм рт. ст.
Очевидно, при наявності флуктуацій температури і тиску на трасі беруться середні значення t і р.
З виразу (11) можна побачити, що якщо задані? 1 і? 2, то зворотна відносна дисперсія повітря, рівна відношенню (n1 - 1)/(n2 - n1), виявляється практично постійною незалежно від умов навколишнього середовища. Далі для зручності використовуємо значення n0 і? N0 при певних умовах навколишнього середовища, наприклад, t=0 ° С і р=760 мм рт. ст. Ці значення можна розрахувати або знайти з довідкових даних. Тоді на підставі співвідношення
отримуємо остаточну формулу для розрахунку довжини траси
На малюнку 5 наведені значення числа періодів рециркуляції N, необхідного для виміру дальності з урахуванням дисперсії на трасі, для дистанції L ~ 3 км в залежності від температури навколишнього середовища при? ? =50 нм. N показує число періодів рециркуляції, за які різницяоптичних затримок на дистанції? T при? 1=837 нм і? 2=787 нм досягне Т=100 нс. Для відстаней L ~ 0,5-5 км і? ? =20 - 70 нм різницяоптичних затримок випромінювання на дистанції? T залежно від температури навколишнього середовища змінюється в межах 1 - 15 пс. Для частот рециркуляції порядку сотень кілогерц час визначення дальності з урахуванням дисперсії на трасі складе менше 1 с.
Малюнок 5 - Число періодів рециркуляції в залежності від температури навколишнього середовища для? ? =50 нм, L=3 км [12]
. 2 двухволнового імпульсно-фазовий далекомір
Функціональна схема двухволнового імпульсно-фазового лазерног...
