о далекоміра показана на малюнку 6. У якості випромінювача далекоміра пропонується використовувати лазерний діод з асиметричною квантоворозмірними гетероструктур [16]. Активна область лазера складається з двох або трьох квантоворозмірних шарів, випромінюючих одночасно на двох різних довжинах хвиль. Завдяки підбору параметрів квантоворозмірних шарів і легуванню бар'єрних шарів між ними здійснюється неоднорідне збудження активної області, і лазер випромінює регулярні імпульси випромінювання на двох довжинах хвиль з частотою повторення сотні МГЦ і тривалістю імпульсу менше 1 нс. При цьому різниця довжин хвиль генерації досягає? ? =20 - 70 нм залежно від матеріалу гетероструктури, а стабільність різницевої довжини хвилі забезпечується синхронізацією електронно-оптичних процесів в активній області лазера.
Малюнок 6 - Функціональна схема двухволнового імпульсно-фазового лазерного далекоміра [13]
Принцип вимірювання далекоміра полягає у встановленні такої частоти проходження зондувальних імпульсів, при якій на дистанції буде укладатися її ціле число періодів, т. е. фаза оптичного імпульсу, що пройшов вимірювана відстань, буде дорівнює фазі опорного імпульсу, що пройшов контрольну лінію затримки, використовувану в якості нульового відліку. Лазер випромінює на дистанцію оптичні імпульси з частотою f на довжинах хвиль? 1,? 2. Згідно [16] частота проходження лазерних імпульсів наступним чином залежить від струму накачування:
де?- швидкість світла;
kl - коефіцієнт втрат в резонаторі;
?- Час життя носіїв струму;
j - щільність струму накачування;
jth - щільність порогового струму.
Значення частоти f знаходиться в межах сотні МГц - 1 ГГц, і з допомогою струму легко забезпечується перебудова частоти на 10-20%. При цьому завдяки підбору параметрів квантоворозмірних шарів і легуванню бар'єрних шарів між ними [16] значення? 1,? 2 генерації та різницевої довжини хвилі? ? практично не змінюються. Напівпрозоре дзеркало направляє частина випромінювання лазера для використання в якості опорного сигналу. Оптичне випромінювання лазера, що минув опорну лінію затримки, і випромінювання, яке прийшло з дистанції, потрапляють, відповідно, на перший і другий спектральні селектори СС1, СС2, де відбувається просторове розділення випромінювання на два пучки, в одному з яких концентрується випромінювання на? 1, в іншому -? 2. Потім випромінювання реєструється фотоприймачами ФП1 - ФП4.
У далекоміри реалізується режим автоматичного підстроювання частоти зондувальних імпульсів таким чином, що при частоті проходження імпульсів f? 1 на дистанції буде укладатися ціле число періодів на довжині хвилі? 1, а при частоті f? 2 - ціле число періодів на довжині хвилі? 2. Керуючі сигнали для автопідстроювання беруться з виходів фазових детекторів ФД1 і ФД2. Ціле число періодів зондирующих імпульсів К, укладаються за час поширення випромінювання на дистанції, визначається в блоці Процесор шляхом вимірювання різниці числа імпульсів по входу К і счетному входу f? 1.
Використовуючи вираз (13), формула для розрахунку дальності буде мати вигляд
де? t - різниця оптичних затримок випромінювання при? 1 і? 2 на вимірюваній дистанції.
Час затримки випромінювання визначається за значеннями частоти f? 1 і числа періодів зондирующих імпульсів К, укладаються за час поширення випромінювання на дистанції, а різниця оптичних затримок визначається по різниці періодів проходження імпульсів з частотами f? 1 і f ? 2.
З виразів (15) і (16) отримуємо остаточну формулу для розрахунку дальності:
На малюнку 7 наведені значення? f=f? 1 - f? 2 для дистанції L ~ 3 км в залежності від температури навколишнього середовища при? ? =50 нм для частоти імпульсів близько сотні мегагерц. При цьому різниця оптичних затримок? t на дистанції на? 1=837 нм і? 2=787 нм знаходиться в межах 5-6 пс. Очевидно, що пряме вимірювання таких коротких тимчасових інтервалів викликає великі складності, тому в розробленому далекоміри вимірюються не тимчасові інтервали, а частоти f? 1 і f? 2, при цьому вимірювання частоти практично простіше і можливо з високим ступенем точності. Час вимірювання дальності з урахуванням дисперсії на дистанції становить 2-3 с.
Малюнок 7 - Залежність різниці частот від температури навколишнього середовища для? ? =50 нм, L=3 км [13]
Порівняння результатів вимірювання дальності однохвильова далекоміром (?=837 нм) і розробленими двухволнового імпульсно-фазовим і рециркуляційним далекомірами (? 1=837 нм,? 2=787 нм) представлено на малюнку 8, де показана за...
