ПРЕЦИЗИОННЫЕ ДАЛЬНОМЕРЫ НА ОСНОВЕ ДВУХВОЛНОВОГО ИНЖЕКЦИОННОГО ЛАЗЕРА
ÓÄÊ 621.375.826
ÏÐÅÖÈÇÈÎÍÍÛÅ ÄÀËÜÍÎÌÅÐÛ ÍÀ ÎÑÍÎÂÅ ÄÂÓÕÂÎËÍÎÂÎÃÎ ÈÍÆÅÊÖÈÎÍÍÎÃÎ ËÀÇÅÐÀ
© 2008 ã. Â. Ë. Êîçëîâ, êàíä. òåõí. íàóê Áåëîðóññêèé ãîñóäàðñòâåííûé óíèâåðñèòåò, Ìèíñê, Áåëîðóññèÿ Å-mail: KozlovVL@bsu.by
Äëÿ ïðåöèçèîííûõ ëàçåðíûõ äàëüíîìåðíûõ ñèñòåì ïðåäëàãàþòñÿ ðåöèðêóëÿöèîííûé è èìïóëüñíî-ôàçîâûé ìåòîäû èçìåðåíèÿ äàëüíîñòè íà îñíîâå äâóõâîëíîâîãî èíæåêöèîííîãî ëàçåðà.  êà÷åñòâå èçëó÷àòåëÿ äàëüíîìåðà èñïîëüçóåòñÿ ëàçåðíûé äèîä ñ àñèììåòðè÷íîé êâàíòîâîðàçìåðíîé ãåòåðîñòðóêòóðîé, îáåñïå÷èâàþùèé ãåíåðàöèþ çîíäèðóþùåãî èçëó÷åíèÿ íà äâóõ ðàçëè÷íûõ äëèíàõ âîëí â çàâèñèìîñòè îò òîêà íàêà÷êè. Ñèñòåìà ïîçâîëÿåò ïîëó÷èòü èíôîðìàöèþ î ñêîðîñòè ðàñïðîñòðàíåíèÿ èçëó÷åíèÿ â ñðåäå âäîëü ëèíèè íàáëþäåíèÿ è ó÷åñòü åå çíà÷åíèå ïðè ðàñ÷åòå äàëüíîñòè ïî âåëè÷èíå îïòè÷åñêîé çàäåðæêè, ÷òî ïîâûøàåò òî÷íîñòü èçìåðåíèÿ ðàññòîÿíèé.
Êîäû OCIS: 150.5670, 280.3400.
Ïîñòóïèëà â ðåäàêöèþ 22.10.2007.
Îòíîñèòåëüíàÿ ïîãðåøíîñòü èçìåðåíèÿ ðàññòîÿíèé îäíîâîëíîâûìè ëàçåðíûìè äàëüíîìåðàìè ïî âåëè÷èíå îïòè÷åñêîé çàäåðæêè ñèãíàëà íà äèñòàíöèè îãðàíè÷åíà çíà÷åíèÿìè ïîðÿäêà 10–6 èç-çà îòñóòñòâèÿ èíôîðìàöèè î ñêîðîñòè ðàñïðîñòðàíåíèÿ èçëó÷åíèÿ âäîëü ëèíèè íàáëþäåíèÿ â êîíêðåòíûõ ìåòåîóñëîâèÿõ. Òàê, íàïðèìåð, äëÿ èçëó÷åíèÿ íà äëèíå âîëíû 0,8 ìêì ïðè èçìåíåíèè òåìïåðàòóðû íà îäèí ãðàäóñ êîýôôèöèåíò ïðåëîìëåíèÿ âîçäóõà èçìåíÿåòñÿ íà 0,9×10–6. Äëÿ ïðåöèçèîííûõ ëàçåðíûõ äàëüíîìåðíûõ ñèñòåì ñðåäíåêâàäðàòè÷íàÿ ïîãðåøíîñòü èçìåðåíèé, îáóñëîâëåííàÿ äèñïåðñèîííûìè ñâîéñòâàìè àòìîñôåðû, ìîæåò áûòü ñíèæåíà äî åäèíèö ñàíòèìåòðîâ ïóòåì ðàñ÷åòà ãðóïïîâîãî ïîêàçàòåëÿ ïðåëîìëåíèÿ, åñëè èçâåñòíû äàâëåíèå, òåìïåðàòóðà è âëàæíîñòü. Îäíàêî ýòà îïåðàöèÿ äîñòàòî÷íî òðóäîåìêà è òðåáóåò ïðèâëå÷åíèÿ äîïîëíèòåëüíûõ ìåòåîðîëîãè÷åñêèõ ñðåäñòâ è âû÷èñëèòåëüíîé òåõíèêè.
Äëÿ ó÷åòà ñîñòîÿíèé ñðåäû ïðè ðàñïðîñòðàíåíèè çîíäèðóþùåãî èçëó÷åíèÿ âäîëü ëèíèè íàáëþäåíèÿ ïðåäëàãàþòñÿ ðåöèðêóëÿöèîííûé ìåòîä èçìåðåíèÿ äàëüíîñòè [1], îñíîâàííûé íà îïòîýëåêòðîííîé ðåöèðêóëÿöèè îäíîâðåìåííî íà äâóõ äëèíàõ âîëí, è èìïóëüñíî-ôàçîâûé ìåòîä [2], ðåàëèçóþùèé ðåæèì àâòîìàòè÷åñêîé ïîäñòðîéêè ÷àñòîòû çîíäèðóþùèõ èìïóëüñîâ, ïðè êîòîðîé íà äèñòàíöèè áóäåò óêëàäûâàòüñÿ öåëîå ÷èñëî ïåðèîäîâ íà îäíîé èç îïòè÷åñêèõ äëèí âîëí. Ñèñòåìû ïîçâîëÿþò ïîëó÷èòü èíôîðìàöèþ î ñêîðîñòè ðàñïðîñòðàíåíèÿ èçëó÷åíèÿ íà òðàññå è ó÷åñòü åå çíà÷åíèå ïðè âû÷èñëåíèè äàëüíîñòè.
Äâóõâîëíîâé ðåöèðêóëÿöèîííûé äàëüíîìåð
Ôóíêöèîíàëüíàÿ ñõåìà äâóõâîëíîâîãî ðåöèðêóëÿöèîííîãî ëàçåðíîãî äàëüíîìåðà ïîêàçàíà íà ðèñ. 1.  êà÷åñòâå èçëó÷àòåëÿ äàëüíîìåðà ïðåäëàãàåòñÿ èñïîëüçîâàòü ëàçåðíûé äèîä íà îñíîâå àñèììåòðè÷íîé êâàíòîâîðàçìåðíîé ãåòåðîñòðóêòóðû. Ñòðóêòóðà òàêèõ èíæåêöèîííûõ ëàçåðîâ îïèñàíà â [3]. Àêòèâíàÿ îáëàñòü ëàçåðíîãî äèîäà ñîäåðæèò äâå êâàíòîâûå ÿìû ðàçíîé øèðèíû. Îäíà êâàíòîâàÿ ÿìà øèðèíîé 8 íì èçãîòîâëåíà íà GaAs, à äðóãàÿ êâàíòîâàÿ ÿìà øèðèíîé 6 íì – íà Al0,12Ga0,88As. Êâàíòîâûå ÿìû, áàðüåðíûé è îáêëàäî÷íûå ñëîè ëàçåðà îáðàçóþò åäèíûé îïòè÷åñêèé âîëíîâîä äëÿ ãåíåðèðóåìîãî èçëó÷åíèÿ íà äâóõ ðàçëè÷íûõ äëèíàõ âîëí. Ïðè óâåëè÷åíèè òîêà èíæåêöèè ãåíåðàöèÿ íà÷èíàåòñÿ íà áîëüøåé äëèíå âîëíû λ1.  ðåæèìå ãåíåðàöèè êîíöåíòðàöèÿ íåðàâíîâåñíûõ íîñèòåëåé òîêà â áîëåå øèðîêîé êâàíòîâîé ÿìå ïðàêòè÷åñêè íå èçìåíÿåòñÿ, òàê êàê â íåé óñèëèâàåòñÿ äëèííîâîëíîâîå èçëó÷åíèå. Äàëüíåéøåå óâåëè÷åíèå òîêà ïðèâîäèò ê âîçíèêíîâåíèþ ãåíåðàöèè íà áîëåå êîðîòêîé äëèíå âîëíû λ2, êîòîðàÿ óñèëèâàåòñÿ â îáåèõ êâàíòîâûõ ÿìàõ. Âîçðàñòàíèå èíòåíñèâíîñòè êîãåðåíòíîãî èçëó÷åíèÿ íà ýòîé äëèíå âîëíû ñîïðîâîæäàåòñÿ ïàäåíèåì èíòåíñèâíîñòè äëèííîâîëíîâîãî èçëó÷åíèÿ. Ïåðåêëþ÷åíèå äëèíû âîëíû ãåíåðàöèè îò λ1 = 837 íì íà λ2 = 787 íì ïðîèñõîäèò ïðè èçìåíåíèè òîêà èíæåêöèè îò 34 äî 36 ìÀ. Äëèòåëüíîñòü ýëåêòðè÷åñêèõ èìïóëüñîâ è, ñîîòâåòñòâåííî, èìïóëüñîâ èçëó÷àåìîãî ñâåòà íà ðàçíûõ äëèíàõ âîëí
62 “Îïòè÷åñêèé æóðíàë”, òîì 75, ¹ 9, 2008
λ2 λ1
T Ãåíåðàòîð íàêà÷êè
Ëàçåð
λ1, λ2
Òàéìåð
Óñèëèòåëü
Ïðèåìíèê èçëó÷åíèÿ
λ1, λ2
Ïðîöåññîð Ðèñ. 1. Ôóíêöèîíàëüíàÿ ñõåìà äâóõâîëíîâîãî ðåöèðêóëÿöèîííîãî ëàçåðíîãî äàëüíîìåðà.
ìîæåò áûòü äîñòàòî÷íî ìàëîé, âïëîòü äî 2 íñ. Ðàçíîñòü äëèí âîëí ãåíåðàöèè Δλ = λ1 – λ2 äëÿ àñèììåòðè÷íûõ êâàíòîâîðàçìåðíûõ ëàçåðíûõ äèîäîâ äîñòèãàåò çíà÷åíèé 20–70 íì. Åñëè èñïîëüçîâàòü òåðìîðåãóëÿòîð íà ýôôåêòå Ïåëüòüå è ñòàáèëèçèðîâàòü èìïóëüñû òîêà èíæåêöèè, òî îòíîñèòåëüíàÿ íåñòàáèëüíîñòü ðàçíîñòè äëèí âîëí ãåíåðàöèè ìîæåò áûòü ìåíüøå 10–3.
Äàëüíîìåð ðàáîòàåò ñëåäóþùèì îáðàçîì.  íà÷àëüíûé ìîìåíò âðåìåíè áëîê “Òàéìåð” ôîðìèðóåò äâà èìïóëüñà, ðàçíåñåííûå âî âðåìåíè íà èíòåðâàë T. Áëîê “Ãåíåðàòîð íàêà÷êè” ôîðìèðóåò ñîîòâåòñòâóþùèå àìïëèòóäû èìïóëüñîâ òîêà äëÿ çàïóñêà ëàçåðà íà äëèíàõ âîëí λ1 è λ2. Äëÿ ðåöèðêóëÿöèîííûõ äàò÷èêîâ äàëüíîñòè èçìåðÿåìîå ðàññòîÿíèå èãðàåò ðîëü îïòè÷åñêîé ëèíèè çàäåðæêè â ïåòëå îáðàòíîé ñâÿçè. Ïðè çàìûêàíèè îïòè÷åñêîé îáðàòíîé ñâÿçè â ñèñòåìå óñòàíàâëèâàåòñÿ ïðîöåññ ðåöèðêóëÿöèè ñ ÷àñòîòîé, êîòîðàÿ îïðåäåëÿåòñÿ çàäåðæêîé èçëó÷åíèÿ íà äèñòàíöèè è ïîñòîÿííîé ýëåêòðè÷åñêîé çàäåðæêè â ôóíêöèîíàëüíûõ áëîêàõ ñèñòåìû. Òàêèì îáðàçîì, èçìåðÿÿ ÷àñòîòó ðåöèðêóëÿöèè, ìîæíî îïðåäåëèòü ðàññòîÿíèå äî îáúåêòà.
Èñïîëüçóÿ îïèñàííûé âûøå ðåæèì ðàáîòû ïîëóïðîâîäíèêîâîãî ëàçåðà, íà äèñòàíöèþ ïîî÷åðåäíî ïîñûëàþòñÿ îïòè÷åñêèå èìïóëüñû íà äëèíàõ âîëí λ1 è λ2. Òàê êàê ñêîðîñòü ðàñïðîñòðàíåíèÿ èçëó÷åíèÿ â âîçäóõå çàâèñèò îò äëèíû âîëíû, ïðè÷åì λ2 < λ1, òî çàäåðæêà íà äèñòàíöèè èçëó÷åíèÿ ïðè λ2 áóäåò áîëüøå, ÷åì ïðè λ1. Ðàçíîñòü îïòè÷åñêèõ çàäåðæåê çà îäèí ïåðèîä ðåöèðêóëÿöèè ñîñòàâëÿåò
Δt = (2L/c)(n2 – n1),
(1)
ãäå L – èçìåðÿåìîå ðàññòîÿíèå, n1 è n2 – ïîêàçàòåëè ïðåëîìëåíèÿ âîçäóõà ïðè λ1 è λ2 ñîîòâåòñòâåííî.
Ïðè ðàçíîñòè äëèí âîëí, ðàâíîé 20 íì, çíà÷åíèå Δt íà ðàññòîÿíèè L = 1 êì ñîñòàâëÿåò ïîðÿäêà 1 ïñ. Î÷åâèäíî, ÷òî èçìåðåíèå òàêèõ êîðîòêèõ âðåìåííûõ èíòåðâàëîâ âûçûâàåò áîëüøèå ñëîæíîñòè. Îäíàêî â ðåæèìå ðåöèðêóëÿöèè ïðîèñõîäèò íàêîïëåíèå ðàçíîñòè âðåìåííûõ çàäåðæåê, è çà ÷èñëî ïåðèîäîâ ðåöèðêóëÿöèè N = 104–105 ðàçíîñòü çàäåðæåê ñòàíîâèòñÿ ðàâíîé Ò = NΔt è äîñòèãàåò äåñÿòêîâ èëè ñîòåí íàíîñåêóíä.  ðàçðàáîòàííîé ñèñòåìå äëÿ èçìåðåíèÿ Δt îïðåäåëÿåòñÿ ÷èñëî ïåðèîäîâ ðåöèðêóëÿöèè N, çà êîòîðîå ðàçíîñòü çàäåðæåê ñòàíåò ðàâíîé 100 íñ.  ýòîì ñëó÷àå äàëüíîñòü âû÷èñëÿåòñÿ ïî ôîðìóëå
L = (c/2n1)topt = (c/2) ⎡⎣topt − (n1−1/Δn1 ) (T/N )⎦⎤ , (2)
ãäå topt – âðåìÿ çàäåðæêè èçëó÷åíèÿ íà äèñòàíöèè ïðè λ1, n1 – ïîêàçàòåëü ïðåëîìëåíèÿ âîçäóõà ïðè λ1, Δn1 = n2 – n1 – ðàçíîñòü ïîêàçàòåëåé ïðåëîìëåíèÿ ïðè λ2 è λ1 â óñëîâèÿõ èçìåðåíèé.
Çíà÷åíèÿ n1 è Δn1 ìîæíî ðàññ÷èòàòü íà îñíîâàíèè ñïðàâî÷íûõ äàííûõ [4].  ÷àñòíîñòè, êàê ìåæäóíàðîäíûé ñòàíäàðò óòâåðæäåíà ñëåäóþùàÿ ôîðìóëà äëÿ äèñïåðñèè âîçäóõà:
n
=
1
+
1
+
1
nc − 1
α + 15α
(t
−
15)
p 760
−
55 ×10−9e 1+ αt
.
(3)
Çäåñü α = 0,00367 – êîýôôèöèåíò îáúåìíîãî ðàñøèðåíèÿ âîçäóõà, t – òåìïåðàòóðà (°C), p – áàðîìåòðè÷åñêîå äàâëåíèå (ìì ðò. ñò.), e – ïàðàìåòð, ó÷èòûâàþùèé âëàæíîñòü âîçäóõà, nñ – äèñïåðñèÿ ñóõîãî âîçäóõà (e = 0) ïðè óñëîâèÿõ t = 15 °C è p = 760 ìì ðò. ñò. Î÷åâèäíî, ïðè íàëè÷èè ôëóêòóàöèé òåìïåðàòóðû è äàâëåíèÿ íà òðàññå áåðóòñÿ ñðåäíèå çíà÷åíèÿ t è p.
“Îïòè÷åñêèé æóðíàë”, òîì 75, ¹ 9, 2008
63
N
2,2×104
2,0×104
1,8×104
1,6×104
–20
0
20
40 t, °C
Ðèñ. 2. ×èñëî ïåðèîäîâ ðåöèðêóëÿöèè â çàâèñèìîñòè îò òåìïåðàòóðû îêðóæàþùåé ñðåäû äëÿ Δλ = 50 íì, L = 3 êì.
Èç âûðàæåíèÿ (3) ìîæíî óâèäåòü, ÷òî åñëè çàäàíû λ1 è λ2, òî îáðàòíàÿ îòíîñèòåëüíàÿ äèñïåðñèÿ âîçäóõà, ðàâíàÿ îòíîøåíèþ (n1 – 1)/(n2 – n1), îêàçûâàåòñÿ ïðàêòè÷åñêè ïîñòîÿííîé íåçàâèñèìî îò óñëîâèé îêðóæàþùåé ñðåäû. Äàëåå äëÿ óäîáñòâà èñïîëüçóåì çíà÷åíèÿ n0 è Δn0 ïðè îïðåäåëåííûõ óñëîâèÿõ îêðóæàþùåé ñðåäû, íàïðèìåð, t = 0 °C è p = 760 ìì ðò. ñò. Ýòè çíà÷åíèÿ ìîæíî ðàññ÷èòàòü èëè íàéòè èç ñïðàâî÷íûõ äàííûõ. Òîãäà íà îñíîâàíèè ñîîòíîøåíèÿ
(n1 – 1)/Δn1 = (n0 – 1)/Δn0
(4)
ïîëó÷àåì îêîí÷àòåëüíóþ ôîðìóëó äëÿ ðàñ÷åòà äëèíû òðàññû
L = (c/2){topt – [(n0 – 1)/Δn0](T/N)}.
(5)
Íà ðèñ. 2 ïðèâåäåíû çíà÷åíèÿ ÷èñëà ïåðèîäîâ ðåöèðêóëÿöèè N, íåîáõîäèìîãî äëÿ èçìåðåíèÿ äàëüíîñòè ñ ó÷åòîì äèñïåðñèè íà òðàññå, äëÿ äèñòàíöèè
L ≈ 3 êì â çàâèñèìîñòè îò òåìïåðàòóðû îêðóæàþùåé ñðåäû ïðè Δλ = 50 íì. N ïîêàçûâàåò ÷èñëî ïåðèîäîâ ðåöèðêóëÿöèè, çà êîòîðûå ðàçíîñòü îïòè÷åñêèõ çàäåðæåê íà äèñòàíöèè Δt ïðè λ1 = 837 íì è λ2 = 787 íì äîñòèãíåò Ò = 100 íñ. Äëÿ ðàññòîÿíèé L ≈ 0,5–5 êì è Δλ = 20–70 íì ðàçíîñòü îïòè÷åñêèõ çàäåðæåê èçëó÷åíèÿ íà äèñòàíöèè Δt â çàâèñèìîñòè îò òåìïåðàòóðû îêðóæàþùåé ñðåäû èçìåíÿåòñÿ â ïðåäåëàõ 1–15 ïñ. Äëÿ ÷àñòîò ðåöèðêóëÿöèè ïîðÿäêà ñîòåí êèëîãåðö âðåìÿ îïðåäåëåíèÿ äàëüíîñòè ñ ó÷åòîì äèñïåðñèè íà òðàññå ñîñòàâèò ìåíåå 1 ñ.
Äâóõâîëíîâîé èìïóëüñíî-ôàçîâûé äàëüíîìåð
Ôóíêöèîíàëüíàÿ ñõåìà äâóõâîëíîâîãî èìïóëüñíî-ôàçîâîãî ëàçåðíîãî äàëüíîìåðà ïîêàçàíà íà ðèñ. 3.  êà÷åñòâå èçëó÷àòåëÿ äàëüíîìåðà ïðåäëàãàåòñÿ èñïîëüçîâàòü ëàçåðíûé äèîä ñ àñèììåòðè÷íîé êâàíòîâîðàçìåðíîé ãåòåðîñòðóêòóðîé [5]. Àêòèâíàÿ îáëàñòü ëàçåðà ñîñòîèò èç äâóõ èëè òðåõ êâàíòîâîðàçìåðíûõ ñëîåâ, èçëó÷àþùèõ îäíîâðåìåííî íà äâóõ ðàçíûõ äëèíàõ âîëí. Áëàãîäàðÿ ïîäáîðó ïàðàìåòðîâ êâàíòîâîðàçìåðíûõ ñëîåâ è ëåãèðîâàíèþ áàðüåðíûõ ñëîåâ ìåæäó íèìè îñóùåñòâëÿåòñÿ íåîäíîðîäíîå âîçáóæäåíèå àêòèâíîé îáëàñòè, è ëàçåð èçëó÷àåò ðåãóëÿðíûå èìïóëüñû èçëó÷åíèÿ íà äâóõ äëèíàõ âîëí ñ ÷àñòîòîé ïîâòîðåíèÿ ñîòíè ÌÃö è äëèòåëüíîñòüþ èìïóëüñà ìåíüøå 1 íñ. Ïðè ýòîì ðàçíîñòü äëèí âîëí ãåíåðàöèè äîñòèãàåò Δλ = 20–70 íì â çàâèñèìîñòè îò ìàòåðèàëà ãåòåðîñòðóêòóðû, à ñòàáèëüíîñòü ðàçíîñòíîé äëèíû âîëíû îáåñïå÷èâàåòñÿ ñèíõðîíèçàöèåé ýëåêòðîííî-îïòè÷åñêèõ ïðîöåññîâ â àêòèâíîé îáëàñòè ëàçåðà.
Ëàçåð
Ïðîöåññîð
fλ2 fλ1 K
ÔÄ1 ÔÄ2
ÔÏ1 ÔÏ2 ÔÏ3 ÔÏ4
λ1 λ2 λ1 λ2
ÑÑ1 ÑÑ2
Ðèñ. 3. Ôóíêöèîíàëüíàÿ ñõåìà äâóõâîëíîâîãî èìïóëüñíî-ôàçîâîãî ëàçåðíîãî äàëüíîìåðà. 64 “Îïòè÷åñêèé æóðíàë”, òîì 75, ¹ 9, 2008
Ïðèíöèï èçìåðåíèÿ äàëüíîìåðà çàêëþ÷àåòñÿ â óñòàíîâëåíèè òàêîé ÷àñòîòû ñëåäîâàíèÿ çîíäèðóþùèõ èìïóëüñîâ, ïðè êîòîðîé íà äèñòàíöèè áóäåò óêëàäûâàòüñÿ åå öåëîå ÷èñëî ïåðèîäîâ, ò. å. ôàçà îïòè÷åñêîãî èìïóëüñà, ïðîøåäøåãî èçìåðÿåìîå ðàññòîÿíèå, áóäåò ðàâíà ôàçå îïîðíîãî èìïóëüñà, ïðîøåäøåãî êîíòðîëüíóþ ëèíèþ çàäåðæêè, èñïîëüçóåìóþ â êà÷åñòâå íóëåâîãî îòñ÷åòà. Ëàçåð èçëó÷àåò íà äèñòàíöèþ îïòè÷åñêèå èìïóëüñû ñ ÷àñòîòîé f íà äëèíàõ âîëí λ1, λ2. Ñîãëàñíî [5] ÷àñòîòà ñëåäîâàíèÿ ëàçåðíûõ èìïóëüñîâ ñëåäóþùèì îáðàçîì çàâèñèò îò òîêà íàêà÷êè:
f = (1/ 2π) (vkl /τ)[( j/jth ) − 1],
(6)
ãäå v – ñêîðîñòü ñâåòà, kl – êîýôôèöèåíò ïîòåðü â ðåçîíàòîðå, τ – âðåìÿ æèçíè íîñèòåëåé òîêà, j – ïëîòíîñòü òîêà íàêà÷êè, jth – ïëîòíîñòü ïîðîãîâîãî òîêà. Çíà÷åíèå ÷àñòîòû f íàõîäèòñÿ â ïðåäåëàõ ñîò-
íè ÌÃö – 1 ÃÃö, è ñ ïîìîùüþ òîêà ëåãêî îáåñïå÷è-
âàåòñÿ ïåðåñòðîéêà ÷àñòîòû íà 10–20%. Ïðè ýòîì
áëàãîäàðÿ ïîäáîðó ïàðàìåòðîâ êâàíòîâîðàçìåðíûõ
ñëîåâ è ëåãèðîâàíèþ áàðüåðíûõ ñëîåâ ìåæäó íèìè
[5] çíà÷åíèÿ λ1, λ2 ãåíåðàöèè è ðàçíîñòíîé äëèíû âîëíû Δλ ïðàêòè÷åñêè íå èçìåíÿþòñÿ.
Ïîëóïðîçðà÷íîå çåðêàëî íàïðàâëÿåò ÷àñòü èçëó-
÷åíèÿ ëàçåðà äëÿ èñïîëüçîâàíèÿ â êà÷åñòâå îïîð-
íîãî ñèãíàëà. Îïòè÷åñêîå èçëó÷åíèå ëàçåðà, ïðî-
øåäøåå îïîðíóþ ëèíèþ çàäåðæêè, è èçëó÷åíèå,
ïðèøåäøåå ñ äèñòàíöèè, ïîïàäàþò, ñîîòâåòñò-
âåííî, íà ïåðâûé è âòîðîé ñïåêòðàëüíûå ñåëåêòî-
ðû CC1, ÑÑ2, ãäå ïðîèñõîäèò ïðîñòðàíñòâåííîå ðàç-
äåëåíèå èçëó÷åíèÿ íà äâà ïó÷êà, â îäíîì èç êîòî-
ðûõ êîíöåíòðèðóåòñÿ èçëó÷åíèå íà λ1, â äðóãîì – λ2. Çàòåì èçëó÷åíèå ðåãèñòðèðóåòñÿ ôîòîïðèåìíèêàìè ÔÏ1–ÔÏ4.
 äàëüíîìåðå ðåàëèçóåòñÿ ðåæèì àâòîìàòè÷åñ-
êîé ïîäñòðîéêè ÷àñòîòû çîíäèðóþùèõ èìïóëüñîâ
òàêèì îáðàçîì, ÷òî ïðè ÷àñòîòå ñëåäîâàíèÿ èìïóëü-
ñîâ fλ1 íà äèñòàíöèè áóäåò óêëàäûâàòüñÿ öåëîå ÷èñ-
ëî ïåðèîäîâ öåëîå ÷èñëî
íà äëèíå ïåðèîäîâ
âîëíû λ1, à ïðè íà äëèíå âîëíû
λ÷2à.ñÓòîïòðåàâfλë2ÿ–-
þùèå ñèãíàëû äëÿ àâòîïîäñòðîéêè áåðóòñÿ ñ âûõî-
äîâ ôàçîâûõ äåòåêòîðîâ ÔÄ1 è ÔÄ2. Öåëîå ÷èñëî
ïåðèîäîâ çîíäèðóþùèõ èìïóëüñîâ K, óêëàäûâàþ-
ùèõñÿ çà âðåìÿ ðàñïðîñòðàíåíèÿ èçëó÷åíèÿ íà äèñ-
òàíöèè, îïðåäåëÿåòñÿ â áëîêå “Ïðîöåññîð” ïóòåì
èçìåðåíèÿ ðàçíîñòè ÷èñëà èìïóëüñîâ ïî âõîäó K è
ñ÷åòíîìó âõîäó fλ1. Èñïîëüçóÿ âûðàæåíèå (5), ôîðìóëà äëÿ ðàñ÷åòà
äàëüíîñòè áóäåò èìåòü âèä
L = (c/2)[topt – (Δt/Δn0)(n0 – 1)],
(7)
ãäå Δt – ðàçíîñòü îïòè÷åñêèõ çàäåðæåê èçëó÷åíèÿ ïðè λ1 è λ2 íà èçìåðÿåìîé äèñòàíöèè.
Âðåìÿ çàäåðæêè èçëó÷åíèÿ îïðåäåëÿåòñÿ ïî çíà÷èåìíïèóÿëìüñ÷îàâñòKî,òóûêëfλà1äèû÷âèàñþëùà èïõåñðÿèîçäàîââðçåîìíÿäðèàðñóïþðùîñèòõðàíåíèÿ èçëó÷åíèÿ íà äèñòàíöèè, à ðàçíîñòü îïòè÷åñêèõ çàäåðæåê îïðåäåëÿåòñÿ ïî ðàçíîñòè ïåðèîäîâ ñëåäîâàíèÿ èìïóëüñîâ ñ ÷àñòîòàìè fλ1 è fλ2
topt = K/fλ1, Δt = (K/fλ2) – K/fλ1.
(8)
Èç âûðàæåíèé (7) è (8) ïîëó÷àåì îêîí÷àòåëüíóþ ôîðìóëó äëÿ ðàñ÷åòà äàëüíîñòè
L = (cK/2){(1/fλ1) – [(n0 – 1)/Δn0](1/fλ1) – 1/fλ1]}. (9)
Íà ðèñ. äèñòàíöèè
4 L
ïðèâåäåíû çíà÷åíèÿ ≈ 3 êì â çàâèñèìîñòè
Δf îò
ò=åìfλï1 å–ðfàλò2óäðëûÿ
îêðóæàþùåé ñðåäû ïðè Δλ = 50 íì äëÿ ÷àñòîòû èì-
ïóëüñîâ ïîðÿäêà ñîòíè ìåãàãåðö. Ïðè ýòîì ðàçíîñòü
îïòè÷åñêèõ çàäåðæåê Δt íà äèñòàíöèè íà λ1 = 837 íì è λ2 = 787 íì íàõîäèòñÿ â ïðåäåëàõ 5–6 ïñ. Î÷åâèäíî, ÷òî ïðÿìîå èçìåðåíèå òàêèõ êîðîòêèõ âðåìåí-
íûõ èíòåðâàëîâ âûçûâàåò áîëüøèå ñëîæíîñòè, ïî-
ýòîìó â ðàçðàáîòàííîì äàëüíîìåðå èçìåðÿþòñÿ íå
èâðçìåìåðååíííèûåå÷èàíñòòåîðòûâàïëûðà,êàòè÷÷àñåòñîêòèûïðfλî1 ùèåfλè2,âïîðçìè îýæòîíìî
ñ âûñîêîé ñòåïåíüþ òî÷íîñòè. Âðåìÿ èçìåðåíèÿ
äàëüíîñòè ñ ó÷åòîì äèñïåðñèè íà äèñòàíöèè ñîñòàâ-
ëÿåò 2–3 ñ.
Ñðàâíåíèå ðåçóëüòàòîâ èçìåðåíèÿ äàëüíîñòè
îäíîâîëíîâûì äàëüíîìåðîì (λ = 837 íì) è ðàçðà-
áîòàííûìè äâóõâîëíîâûìè èìïóëüñíî-ôàçîâûì è
ðåöèðêóëÿöèîííûì äàëüíîìåðîìè (λ1 = 837 íì, λ2 = 787 íì) ïðåäñòàâëåíî íà ðèñ. 5, ãäå ïîêàçàíà çàâèñèìîñòü ðàçíîñòè ïîêàçàíèé äàëüíîìåðîâ ΔL =
= L1 – L2 îò èçìåðÿåìîãî ðàññòîÿíèÿ L ïðè ðàçëè÷íûõ òåìïåðàòóðàõ îêðóæàþùåé ñðåäû è äàâëåíèè
760 ìì ðò. ñò. Î÷åâèäíî, ïîêàçàíèÿ äàëüíîìåðîâ
áóäóò ñîâïàäàòü ëèøü ïðè 0 °Ñ. Ïðè äðóãèõ òåìïå-
ðàòóðàõ îäíîâîëíîâûé äàëüíîìåð äàåò ïîãðåøíîñòü
äî 10 ñì, ÷òî ñâÿçàíî ñ îòñóòñòâèåì èíôîðìàöèè î
Δf, Ãö 140
120
100
80 –20 0 20 40 t, °C Ðèñ. 4. Çàâèñèìîñòü ðàçíîñòè ÷àñòîò îò òåìïåðàòóðû îêðóæàþùåé ñðåäû äëÿ Δλ = 50 íì, L ≈ 3 êì.
“Îïòè÷åñêèé æóðíàë”, òîì 75, ¹ 9, 2008
65
ΔL, ì
0,1 0
–0,1
0
2000
1
2
3
4000
4 L, ì
Ðèñ. 5. Çàâèñèìîñòè ðàçíîñòè ïîêàçàíèé îäíî- è äâóõâîëíîâîãî äàëüíîìåðîâ ΔL îò èçìåðÿåìîãî ðàññòîÿíèÿ L ïðè ðàçëè÷íûõ òåìïåðàòóðàõ îêðóæàþùåé ñðåäû: 1 – –20 °C, 2 – 0 °C, 3 – +20 °C, 4 – +30 °C.
ñêîðîñòè ðàñïðîñòðàíåíèÿ èçëó÷åíèÿ íà òðàññå. Çíà÷åíèÿ äèñòàíöèè ïðè îäíîâîëíîâûõ èçìåðåíèÿõ áóäóò çàâûøåíû ïðè ìèíóñîâûõ òåìïåðàòóðàõ ïî øêàëå Öåëüñèÿ è çàíèæåíû ïðè ïëþñîâûõ òåìïåðàòóðàõ ïî Öåëüñèþ ïî ñðàâíåíèþ ñ ïîêàçàíèÿìè äâóõâîëíîâîãî äàëüíîìåðà.
Ïîãðåøíîñòü èçìåðåíèé îäíîâîëíîâûì äàëüíîìåðîì ïî ñðàâíåíèþ ñ äâóõâîëíîâûìè èçìåðåíèÿìè ìîæíî îöåíèòü ïî ôîðìóëå
ΔL
=
− L(nc
− 1)
(1
+ 15α)
p 760
αt.
(10)
Êàê âèäíî, îøèáêà ΔL ðàñòåò ëèíåéíî ñ äëèíîé èçìåðÿåìîé òðàññû L, ñëàáî èçìåíÿåòñÿ ñ àòìîñôåðíûì äàâëåíèåì è ïðàêòè÷åñêè íå çàâèñèò îò äëèíû âîëíû ëàçåðíîãî èçëó÷åíèÿ. Ïðè 760 ìì ðò. ñò. íà äëèíàõ âîëí âáëèçè 1 ìêì ïðèáëèæåííî íàõîäèì
ΔL = –Lδt,
(11)
ãäå δ = 1,06×10–6. Òàêèì îáðàçîì, áëàãîäàðÿ èñïîëüçîâàíèþ â êà-
÷åñòâå èñòî÷íèêà èçëó÷åíèÿ ïîëóïðîâîäíèêîâîãî ëàçåðà ñ àñèììåòðè÷íîé êâàíòîâîðàçìåðíîé ãåòåðî-
ñòðóêòóðîé óäàåòñÿ ñôîðìèðîâàòü â äàëüíîìåðå çîíäèðóþùèé ñèãíàë íà äâóõ ðàçëè÷íûõ äëèíàõ âîëí îïòè÷åñêîãî äèàïàçîíà. Ýòî ïîçâîëÿåò ïîëó÷èòü èíôîðìàöèþ î ñêîðîñòè ðàñïðîñòðàíåíèÿ èçëó÷åíèÿ âäîëü ëèíèè íàáëþäåíèÿ è ó÷åñòü åå çíà÷åíèå ïðè ðàñ÷åòå äàëüíîñòè ïî âåëè÷èíå îïòè÷åñêîé çàäåðæêè, ÷òî ïîâûøàåò òî÷íîñòü èçìåðåíèÿ ðàññòîÿíèé. Ïî ñðàâíåíèþ ñ äðóãèìè èçâåñòíûìè äâóõâîëíîâûìè äàëüíîìåðàìè ðàçðàáîòàííàÿ ñèñòåìà èìååò ïðåèìóùåñòâà â òîì, ÷òî îáà çîíäèðóþùèõ ñèãíàëà íà ðàçíûõ äëèíàõ âîëí ãåíåðèðóþòñÿ â îäíîì îïòè÷åñêîì ðåçîíàòîðå, ÷òî îáåñïå÷èâàåò ñòàáèëüíîñòü ðàçíîñòíîé äëèíû âîëíû â ðåçóëüòàòå ñèíõðîíèçàöèè ýëåêòðîííî-îïòè÷åñêèõ ïðîöåññîâ â àêòèâíîé îáëàñòè ëàçåðà, à èíôîðìàöèîííûå èìïóëüñû ïðîõîäÿò ÷åðåç îäíó è òó æå ñèñòåìó îïòèêî-ýëåêòðîííîé îáðàáîòêè. Ëàçåðû íà àñèììåòðè÷íûõ êâàíòîâîðàçìåðíûõ ãåòåðîñòðóêòóðàõ [5] òàêæå ñïîñîáíû èçëó÷àòü ïðîáíûå îïòè÷åñêèå ñèãíàëû ñî ñòàáèëüíîé àìïëèòóäîé è ÷àñòîòîé ïîâòîðåíèÿ â ãèãàãåðöîâîì äèàïàçîíå. Ýòî îáåñïå÷èâàåò äîïîëíèòåëüíûå âîçìîæíîñòè äëÿ ñîçäàíèÿ íîâûõ âûñîêîýôôåêòèâíûõ èìïóëüñíûõ ñèñòåì ëàçåðíîé äàëüíîìåòðèè.
ËÈÒÅÐÀÒÓÐÀ
11. Êîçëîâ Â.Ë. Ïðåöèçèîííûé ðåöèðêóëÿöèîííûé äàëüíîìåð // Ïàòåíò Ðåñïóáëèêè Áåëàðóñü ¹ 8172. 2006.
12. Êîçëîâ Â.Ë., Êîíîíåíêî Â.Ê., Ìàíàê È.Ñ. Ïðåöèçèîííûé ëàçåðíûé äàëüíîìåð // Ïàòåíò Ðåñïóáëèêè Áåëàðóñü ¹ 6263. 2004.
13. Ikeda S., Shimizu A. Evidence of the wavelength switching caused by a blocked carrier transport in an asymmetric dual quantum well laser // Appl. Phys. Lett. 1991. V. 59. ¹ 5. P. 504–506.
14. Ýáåðò Ã. Êðàòêèé ñïðàâî÷íèê ïî ôèçèêå. Ì.: ÃÈÔÌË, 1963. Ñ. 240–241.
15. Àôîíåíêî À.À., Êîíîíåíêî Â.Ê., Ìàíàê È.Ñ. Ïîëóïðîâîäíèêîâûé ëàçåð // Ïàòåíò Ðåñïóáëèêè Áåëàðóñü ¹ 1385. 1996.
66 “Îïòè÷åñêèé æóðíàë”, òîì 75, ¹ 9, 2008
ÏÐÅÖÈÇÈÎÍÍÛÅ ÄÀËÜÍÎÌÅÐÛ ÍÀ ÎÑÍÎÂÅ ÄÂÓÕÂÎËÍÎÂÎÃÎ ÈÍÆÅÊÖÈÎÍÍÎÃÎ ËÀÇÅÐÀ
© 2008 ã. Â. Ë. Êîçëîâ, êàíä. òåõí. íàóê Áåëîðóññêèé ãîñóäàðñòâåííûé óíèâåðñèòåò, Ìèíñê, Áåëîðóññèÿ Å-mail: KozlovVL@bsu.by
Äëÿ ïðåöèçèîííûõ ëàçåðíûõ äàëüíîìåðíûõ ñèñòåì ïðåäëàãàþòñÿ ðåöèðêóëÿöèîííûé è èìïóëüñíî-ôàçîâûé ìåòîäû èçìåðåíèÿ äàëüíîñòè íà îñíîâå äâóõâîëíîâîãî èíæåêöèîííîãî ëàçåðà.  êà÷åñòâå èçëó÷àòåëÿ äàëüíîìåðà èñïîëüçóåòñÿ ëàçåðíûé äèîä ñ àñèììåòðè÷íîé êâàíòîâîðàçìåðíîé ãåòåðîñòðóêòóðîé, îáåñïå÷èâàþùèé ãåíåðàöèþ çîíäèðóþùåãî èçëó÷åíèÿ íà äâóõ ðàçëè÷íûõ äëèíàõ âîëí â çàâèñèìîñòè îò òîêà íàêà÷êè. Ñèñòåìà ïîçâîëÿåò ïîëó÷èòü èíôîðìàöèþ î ñêîðîñòè ðàñïðîñòðàíåíèÿ èçëó÷åíèÿ â ñðåäå âäîëü ëèíèè íàáëþäåíèÿ è ó÷åñòü åå çíà÷åíèå ïðè ðàñ÷åòå äàëüíîñòè ïî âåëè÷èíå îïòè÷åñêîé çàäåðæêè, ÷òî ïîâûøàåò òî÷íîñòü èçìåðåíèÿ ðàññòîÿíèé.
Êîäû OCIS: 150.5670, 280.3400.
Ïîñòóïèëà â ðåäàêöèþ 22.10.2007.
Îòíîñèòåëüíàÿ ïîãðåøíîñòü èçìåðåíèÿ ðàññòîÿíèé îäíîâîëíîâûìè ëàçåðíûìè äàëüíîìåðàìè ïî âåëè÷èíå îïòè÷åñêîé çàäåðæêè ñèãíàëà íà äèñòàíöèè îãðàíè÷åíà çíà÷åíèÿìè ïîðÿäêà 10–6 èç-çà îòñóòñòâèÿ èíôîðìàöèè î ñêîðîñòè ðàñïðîñòðàíåíèÿ èçëó÷åíèÿ âäîëü ëèíèè íàáëþäåíèÿ â êîíêðåòíûõ ìåòåîóñëîâèÿõ. Òàê, íàïðèìåð, äëÿ èçëó÷åíèÿ íà äëèíå âîëíû 0,8 ìêì ïðè èçìåíåíèè òåìïåðàòóðû íà îäèí ãðàäóñ êîýôôèöèåíò ïðåëîìëåíèÿ âîçäóõà èçìåíÿåòñÿ íà 0,9×10–6. Äëÿ ïðåöèçèîííûõ ëàçåðíûõ äàëüíîìåðíûõ ñèñòåì ñðåäíåêâàäðàòè÷íàÿ ïîãðåøíîñòü èçìåðåíèé, îáóñëîâëåííàÿ äèñïåðñèîííûìè ñâîéñòâàìè àòìîñôåðû, ìîæåò áûòü ñíèæåíà äî åäèíèö ñàíòèìåòðîâ ïóòåì ðàñ÷åòà ãðóïïîâîãî ïîêàçàòåëÿ ïðåëîìëåíèÿ, åñëè èçâåñòíû äàâëåíèå, òåìïåðàòóðà è âëàæíîñòü. Îäíàêî ýòà îïåðàöèÿ äîñòàòî÷íî òðóäîåìêà è òðåáóåò ïðèâëå÷åíèÿ äîïîëíèòåëüíûõ ìåòåîðîëîãè÷åñêèõ ñðåäñòâ è âû÷èñëèòåëüíîé òåõíèêè.
Äëÿ ó÷åòà ñîñòîÿíèé ñðåäû ïðè ðàñïðîñòðàíåíèè çîíäèðóþùåãî èçëó÷åíèÿ âäîëü ëèíèè íàáëþäåíèÿ ïðåäëàãàþòñÿ ðåöèðêóëÿöèîííûé ìåòîä èçìåðåíèÿ äàëüíîñòè [1], îñíîâàííûé íà îïòîýëåêòðîííîé ðåöèðêóëÿöèè îäíîâðåìåííî íà äâóõ äëèíàõ âîëí, è èìïóëüñíî-ôàçîâûé ìåòîä [2], ðåàëèçóþùèé ðåæèì àâòîìàòè÷åñêîé ïîäñòðîéêè ÷àñòîòû çîíäèðóþùèõ èìïóëüñîâ, ïðè êîòîðîé íà äèñòàíöèè áóäåò óêëàäûâàòüñÿ öåëîå ÷èñëî ïåðèîäîâ íà îäíîé èç îïòè÷åñêèõ äëèí âîëí. Ñèñòåìû ïîçâîëÿþò ïîëó÷èòü èíôîðìàöèþ î ñêîðîñòè ðàñïðîñòðàíåíèÿ èçëó÷åíèÿ íà òðàññå è ó÷åñòü åå çíà÷åíèå ïðè âû÷èñëåíèè äàëüíîñòè.
Äâóõâîëíîâé ðåöèðêóëÿöèîííûé äàëüíîìåð
Ôóíêöèîíàëüíàÿ ñõåìà äâóõâîëíîâîãî ðåöèðêóëÿöèîííîãî ëàçåðíîãî äàëüíîìåðà ïîêàçàíà íà ðèñ. 1.  êà÷åñòâå èçëó÷àòåëÿ äàëüíîìåðà ïðåäëàãàåòñÿ èñïîëüçîâàòü ëàçåðíûé äèîä íà îñíîâå àñèììåòðè÷íîé êâàíòîâîðàçìåðíîé ãåòåðîñòðóêòóðû. Ñòðóêòóðà òàêèõ èíæåêöèîííûõ ëàçåðîâ îïèñàíà â [3]. Àêòèâíàÿ îáëàñòü ëàçåðíîãî äèîäà ñîäåðæèò äâå êâàíòîâûå ÿìû ðàçíîé øèðèíû. Îäíà êâàíòîâàÿ ÿìà øèðèíîé 8 íì èçãîòîâëåíà íà GaAs, à äðóãàÿ êâàíòîâàÿ ÿìà øèðèíîé 6 íì – íà Al0,12Ga0,88As. Êâàíòîâûå ÿìû, áàðüåðíûé è îáêëàäî÷íûå ñëîè ëàçåðà îáðàçóþò åäèíûé îïòè÷åñêèé âîëíîâîä äëÿ ãåíåðèðóåìîãî èçëó÷åíèÿ íà äâóõ ðàçëè÷íûõ äëèíàõ âîëí. Ïðè óâåëè÷åíèè òîêà èíæåêöèè ãåíåðàöèÿ íà÷èíàåòñÿ íà áîëüøåé äëèíå âîëíû λ1.  ðåæèìå ãåíåðàöèè êîíöåíòðàöèÿ íåðàâíîâåñíûõ íîñèòåëåé òîêà â áîëåå øèðîêîé êâàíòîâîé ÿìå ïðàêòè÷åñêè íå èçìåíÿåòñÿ, òàê êàê â íåé óñèëèâàåòñÿ äëèííîâîëíîâîå èçëó÷åíèå. Äàëüíåéøåå óâåëè÷åíèå òîêà ïðèâîäèò ê âîçíèêíîâåíèþ ãåíåðàöèè íà áîëåå êîðîòêîé äëèíå âîëíû λ2, êîòîðàÿ óñèëèâàåòñÿ â îáåèõ êâàíòîâûõ ÿìàõ. Âîçðàñòàíèå èíòåíñèâíîñòè êîãåðåíòíîãî èçëó÷åíèÿ íà ýòîé äëèíå âîëíû ñîïðîâîæäàåòñÿ ïàäåíèåì èíòåíñèâíîñòè äëèííîâîëíîâîãî èçëó÷åíèÿ. Ïåðåêëþ÷åíèå äëèíû âîëíû ãåíåðàöèè îò λ1 = 837 íì íà λ2 = 787 íì ïðîèñõîäèò ïðè èçìåíåíèè òîêà èíæåêöèè îò 34 äî 36 ìÀ. Äëèòåëüíîñòü ýëåêòðè÷åñêèõ èìïóëüñîâ è, ñîîòâåòñòâåííî, èìïóëüñîâ èçëó÷àåìîãî ñâåòà íà ðàçíûõ äëèíàõ âîëí
62 “Îïòè÷åñêèé æóðíàë”, òîì 75, ¹ 9, 2008
λ2 λ1
T Ãåíåðàòîð íàêà÷êè
Ëàçåð
λ1, λ2
Òàéìåð
Óñèëèòåëü
Ïðèåìíèê èçëó÷åíèÿ
λ1, λ2
Ïðîöåññîð Ðèñ. 1. Ôóíêöèîíàëüíàÿ ñõåìà äâóõâîëíîâîãî ðåöèðêóëÿöèîííîãî ëàçåðíîãî äàëüíîìåðà.
ìîæåò áûòü äîñòàòî÷íî ìàëîé, âïëîòü äî 2 íñ. Ðàçíîñòü äëèí âîëí ãåíåðàöèè Δλ = λ1 – λ2 äëÿ àñèììåòðè÷íûõ êâàíòîâîðàçìåðíûõ ëàçåðíûõ äèîäîâ äîñòèãàåò çíà÷åíèé 20–70 íì. Åñëè èñïîëüçîâàòü òåðìîðåãóëÿòîð íà ýôôåêòå Ïåëüòüå è ñòàáèëèçèðîâàòü èìïóëüñû òîêà èíæåêöèè, òî îòíîñèòåëüíàÿ íåñòàáèëüíîñòü ðàçíîñòè äëèí âîëí ãåíåðàöèè ìîæåò áûòü ìåíüøå 10–3.
Äàëüíîìåð ðàáîòàåò ñëåäóþùèì îáðàçîì.  íà÷àëüíûé ìîìåíò âðåìåíè áëîê “Òàéìåð” ôîðìèðóåò äâà èìïóëüñà, ðàçíåñåííûå âî âðåìåíè íà èíòåðâàë T. Áëîê “Ãåíåðàòîð íàêà÷êè” ôîðìèðóåò ñîîòâåòñòâóþùèå àìïëèòóäû èìïóëüñîâ òîêà äëÿ çàïóñêà ëàçåðà íà äëèíàõ âîëí λ1 è λ2. Äëÿ ðåöèðêóëÿöèîííûõ äàò÷èêîâ äàëüíîñòè èçìåðÿåìîå ðàññòîÿíèå èãðàåò ðîëü îïòè÷åñêîé ëèíèè çàäåðæêè â ïåòëå îáðàòíîé ñâÿçè. Ïðè çàìûêàíèè îïòè÷åñêîé îáðàòíîé ñâÿçè â ñèñòåìå óñòàíàâëèâàåòñÿ ïðîöåññ ðåöèðêóëÿöèè ñ ÷àñòîòîé, êîòîðàÿ îïðåäåëÿåòñÿ çàäåðæêîé èçëó÷åíèÿ íà äèñòàíöèè è ïîñòîÿííîé ýëåêòðè÷åñêîé çàäåðæêè â ôóíêöèîíàëüíûõ áëîêàõ ñèñòåìû. Òàêèì îáðàçîì, èçìåðÿÿ ÷àñòîòó ðåöèðêóëÿöèè, ìîæíî îïðåäåëèòü ðàññòîÿíèå äî îáúåêòà.
Èñïîëüçóÿ îïèñàííûé âûøå ðåæèì ðàáîòû ïîëóïðîâîäíèêîâîãî ëàçåðà, íà äèñòàíöèþ ïîî÷åðåäíî ïîñûëàþòñÿ îïòè÷åñêèå èìïóëüñû íà äëèíàõ âîëí λ1 è λ2. Òàê êàê ñêîðîñòü ðàñïðîñòðàíåíèÿ èçëó÷åíèÿ â âîçäóõå çàâèñèò îò äëèíû âîëíû, ïðè÷åì λ2 < λ1, òî çàäåðæêà íà äèñòàíöèè èçëó÷åíèÿ ïðè λ2 áóäåò áîëüøå, ÷åì ïðè λ1. Ðàçíîñòü îïòè÷åñêèõ çàäåðæåê çà îäèí ïåðèîä ðåöèðêóëÿöèè ñîñòàâëÿåò
Δt = (2L/c)(n2 – n1),
(1)
ãäå L – èçìåðÿåìîå ðàññòîÿíèå, n1 è n2 – ïîêàçàòåëè ïðåëîìëåíèÿ âîçäóõà ïðè λ1 è λ2 ñîîòâåòñòâåííî.
Ïðè ðàçíîñòè äëèí âîëí, ðàâíîé 20 íì, çíà÷åíèå Δt íà ðàññòîÿíèè L = 1 êì ñîñòàâëÿåò ïîðÿäêà 1 ïñ. Î÷åâèäíî, ÷òî èçìåðåíèå òàêèõ êîðîòêèõ âðåìåííûõ èíòåðâàëîâ âûçûâàåò áîëüøèå ñëîæíîñòè. Îäíàêî â ðåæèìå ðåöèðêóëÿöèè ïðîèñõîäèò íàêîïëåíèå ðàçíîñòè âðåìåííûõ çàäåðæåê, è çà ÷èñëî ïåðèîäîâ ðåöèðêóëÿöèè N = 104–105 ðàçíîñòü çàäåðæåê ñòàíîâèòñÿ ðàâíîé Ò = NΔt è äîñòèãàåò äåñÿòêîâ èëè ñîòåí íàíîñåêóíä.  ðàçðàáîòàííîé ñèñòåìå äëÿ èçìåðåíèÿ Δt îïðåäåëÿåòñÿ ÷èñëî ïåðèîäîâ ðåöèðêóëÿöèè N, çà êîòîðîå ðàçíîñòü çàäåðæåê ñòàíåò ðàâíîé 100 íñ.  ýòîì ñëó÷àå äàëüíîñòü âû÷èñëÿåòñÿ ïî ôîðìóëå
L = (c/2n1)topt = (c/2) ⎡⎣topt − (n1−1/Δn1 ) (T/N )⎦⎤ , (2)
ãäå topt – âðåìÿ çàäåðæêè èçëó÷åíèÿ íà äèñòàíöèè ïðè λ1, n1 – ïîêàçàòåëü ïðåëîìëåíèÿ âîçäóõà ïðè λ1, Δn1 = n2 – n1 – ðàçíîñòü ïîêàçàòåëåé ïðåëîìëåíèÿ ïðè λ2 è λ1 â óñëîâèÿõ èçìåðåíèé.
Çíà÷åíèÿ n1 è Δn1 ìîæíî ðàññ÷èòàòü íà îñíîâàíèè ñïðàâî÷íûõ äàííûõ [4].  ÷àñòíîñòè, êàê ìåæäóíàðîäíûé ñòàíäàðò óòâåðæäåíà ñëåäóþùàÿ ôîðìóëà äëÿ äèñïåðñèè âîçäóõà:
n
=
1
+
1
+
1
nc − 1
α + 15α
(t
−
15)
p 760
−
55 ×10−9e 1+ αt
.
(3)
Çäåñü α = 0,00367 – êîýôôèöèåíò îáúåìíîãî ðàñøèðåíèÿ âîçäóõà, t – òåìïåðàòóðà (°C), p – áàðîìåòðè÷åñêîå äàâëåíèå (ìì ðò. ñò.), e – ïàðàìåòð, ó÷èòûâàþùèé âëàæíîñòü âîçäóõà, nñ – äèñïåðñèÿ ñóõîãî âîçäóõà (e = 0) ïðè óñëîâèÿõ t = 15 °C è p = 760 ìì ðò. ñò. Î÷åâèäíî, ïðè íàëè÷èè ôëóêòóàöèé òåìïåðàòóðû è äàâëåíèÿ íà òðàññå áåðóòñÿ ñðåäíèå çíà÷åíèÿ t è p.
“Îïòè÷åñêèé æóðíàë”, òîì 75, ¹ 9, 2008
63
N
2,2×104
2,0×104
1,8×104
1,6×104
–20
0
20
40 t, °C
Ðèñ. 2. ×èñëî ïåðèîäîâ ðåöèðêóëÿöèè â çàâèñèìîñòè îò òåìïåðàòóðû îêðóæàþùåé ñðåäû äëÿ Δλ = 50 íì, L = 3 êì.
Èç âûðàæåíèÿ (3) ìîæíî óâèäåòü, ÷òî åñëè çàäàíû λ1 è λ2, òî îáðàòíàÿ îòíîñèòåëüíàÿ äèñïåðñèÿ âîçäóõà, ðàâíàÿ îòíîøåíèþ (n1 – 1)/(n2 – n1), îêàçûâàåòñÿ ïðàêòè÷åñêè ïîñòîÿííîé íåçàâèñèìî îò óñëîâèé îêðóæàþùåé ñðåäû. Äàëåå äëÿ óäîáñòâà èñïîëüçóåì çíà÷åíèÿ n0 è Δn0 ïðè îïðåäåëåííûõ óñëîâèÿõ îêðóæàþùåé ñðåäû, íàïðèìåð, t = 0 °C è p = 760 ìì ðò. ñò. Ýòè çíà÷åíèÿ ìîæíî ðàññ÷èòàòü èëè íàéòè èç ñïðàâî÷íûõ äàííûõ. Òîãäà íà îñíîâàíèè ñîîòíîøåíèÿ
(n1 – 1)/Δn1 = (n0 – 1)/Δn0
(4)
ïîëó÷àåì îêîí÷àòåëüíóþ ôîðìóëó äëÿ ðàñ÷åòà äëèíû òðàññû
L = (c/2){topt – [(n0 – 1)/Δn0](T/N)}.
(5)
Íà ðèñ. 2 ïðèâåäåíû çíà÷åíèÿ ÷èñëà ïåðèîäîâ ðåöèðêóëÿöèè N, íåîáõîäèìîãî äëÿ èçìåðåíèÿ äàëüíîñòè ñ ó÷åòîì äèñïåðñèè íà òðàññå, äëÿ äèñòàíöèè
L ≈ 3 êì â çàâèñèìîñòè îò òåìïåðàòóðû îêðóæàþùåé ñðåäû ïðè Δλ = 50 íì. N ïîêàçûâàåò ÷èñëî ïåðèîäîâ ðåöèðêóëÿöèè, çà êîòîðûå ðàçíîñòü îïòè÷åñêèõ çàäåðæåê íà äèñòàíöèè Δt ïðè λ1 = 837 íì è λ2 = 787 íì äîñòèãíåò Ò = 100 íñ. Äëÿ ðàññòîÿíèé L ≈ 0,5–5 êì è Δλ = 20–70 íì ðàçíîñòü îïòè÷åñêèõ çàäåðæåê èçëó÷åíèÿ íà äèñòàíöèè Δt â çàâèñèìîñòè îò òåìïåðàòóðû îêðóæàþùåé ñðåäû èçìåíÿåòñÿ â ïðåäåëàõ 1–15 ïñ. Äëÿ ÷àñòîò ðåöèðêóëÿöèè ïîðÿäêà ñîòåí êèëîãåðö âðåìÿ îïðåäåëåíèÿ äàëüíîñòè ñ ó÷åòîì äèñïåðñèè íà òðàññå ñîñòàâèò ìåíåå 1 ñ.
Äâóõâîëíîâîé èìïóëüñíî-ôàçîâûé äàëüíîìåð
Ôóíêöèîíàëüíàÿ ñõåìà äâóõâîëíîâîãî èìïóëüñíî-ôàçîâîãî ëàçåðíîãî äàëüíîìåðà ïîêàçàíà íà ðèñ. 3.  êà÷åñòâå èçëó÷àòåëÿ äàëüíîìåðà ïðåäëàãàåòñÿ èñïîëüçîâàòü ëàçåðíûé äèîä ñ àñèììåòðè÷íîé êâàíòîâîðàçìåðíîé ãåòåðîñòðóêòóðîé [5]. Àêòèâíàÿ îáëàñòü ëàçåðà ñîñòîèò èç äâóõ èëè òðåõ êâàíòîâîðàçìåðíûõ ñëîåâ, èçëó÷àþùèõ îäíîâðåìåííî íà äâóõ ðàçíûõ äëèíàõ âîëí. Áëàãîäàðÿ ïîäáîðó ïàðàìåòðîâ êâàíòîâîðàçìåðíûõ ñëîåâ è ëåãèðîâàíèþ áàðüåðíûõ ñëîåâ ìåæäó íèìè îñóùåñòâëÿåòñÿ íåîäíîðîäíîå âîçáóæäåíèå àêòèâíîé îáëàñòè, è ëàçåð èçëó÷àåò ðåãóëÿðíûå èìïóëüñû èçëó÷åíèÿ íà äâóõ äëèíàõ âîëí ñ ÷àñòîòîé ïîâòîðåíèÿ ñîòíè ÌÃö è äëèòåëüíîñòüþ èìïóëüñà ìåíüøå 1 íñ. Ïðè ýòîì ðàçíîñòü äëèí âîëí ãåíåðàöèè äîñòèãàåò Δλ = 20–70 íì â çàâèñèìîñòè îò ìàòåðèàëà ãåòåðîñòðóêòóðû, à ñòàáèëüíîñòü ðàçíîñòíîé äëèíû âîëíû îáåñïå÷èâàåòñÿ ñèíõðîíèçàöèåé ýëåêòðîííî-îïòè÷åñêèõ ïðîöåññîâ â àêòèâíîé îáëàñòè ëàçåðà.
Ëàçåð
Ïðîöåññîð
fλ2 fλ1 K
ÔÄ1 ÔÄ2
ÔÏ1 ÔÏ2 ÔÏ3 ÔÏ4
λ1 λ2 λ1 λ2
ÑÑ1 ÑÑ2
Ðèñ. 3. Ôóíêöèîíàëüíàÿ ñõåìà äâóõâîëíîâîãî èìïóëüñíî-ôàçîâîãî ëàçåðíîãî äàëüíîìåðà. 64 “Îïòè÷åñêèé æóðíàë”, òîì 75, ¹ 9, 2008
Ïðèíöèï èçìåðåíèÿ äàëüíîìåðà çàêëþ÷àåòñÿ â óñòàíîâëåíèè òàêîé ÷àñòîòû ñëåäîâàíèÿ çîíäèðóþùèõ èìïóëüñîâ, ïðè êîòîðîé íà äèñòàíöèè áóäåò óêëàäûâàòüñÿ åå öåëîå ÷èñëî ïåðèîäîâ, ò. å. ôàçà îïòè÷åñêîãî èìïóëüñà, ïðîøåäøåãî èçìåðÿåìîå ðàññòîÿíèå, áóäåò ðàâíà ôàçå îïîðíîãî èìïóëüñà, ïðîøåäøåãî êîíòðîëüíóþ ëèíèþ çàäåðæêè, èñïîëüçóåìóþ â êà÷åñòâå íóëåâîãî îòñ÷åòà. Ëàçåð èçëó÷àåò íà äèñòàíöèþ îïòè÷åñêèå èìïóëüñû ñ ÷àñòîòîé f íà äëèíàõ âîëí λ1, λ2. Ñîãëàñíî [5] ÷àñòîòà ñëåäîâàíèÿ ëàçåðíûõ èìïóëüñîâ ñëåäóþùèì îáðàçîì çàâèñèò îò òîêà íàêà÷êè:
f = (1/ 2π) (vkl /τ)[( j/jth ) − 1],
(6)
ãäå v – ñêîðîñòü ñâåòà, kl – êîýôôèöèåíò ïîòåðü â ðåçîíàòîðå, τ – âðåìÿ æèçíè íîñèòåëåé òîêà, j – ïëîòíîñòü òîêà íàêà÷êè, jth – ïëîòíîñòü ïîðîãîâîãî òîêà. Çíà÷åíèå ÷àñòîòû f íàõîäèòñÿ â ïðåäåëàõ ñîò-
íè ÌÃö – 1 ÃÃö, è ñ ïîìîùüþ òîêà ëåãêî îáåñïå÷è-
âàåòñÿ ïåðåñòðîéêà ÷àñòîòû íà 10–20%. Ïðè ýòîì
áëàãîäàðÿ ïîäáîðó ïàðàìåòðîâ êâàíòîâîðàçìåðíûõ
ñëîåâ è ëåãèðîâàíèþ áàðüåðíûõ ñëîåâ ìåæäó íèìè
[5] çíà÷åíèÿ λ1, λ2 ãåíåðàöèè è ðàçíîñòíîé äëèíû âîëíû Δλ ïðàêòè÷åñêè íå èçìåíÿþòñÿ.
Ïîëóïðîçðà÷íîå çåðêàëî íàïðàâëÿåò ÷àñòü èçëó-
÷åíèÿ ëàçåðà äëÿ èñïîëüçîâàíèÿ â êà÷åñòâå îïîð-
íîãî ñèãíàëà. Îïòè÷åñêîå èçëó÷åíèå ëàçåðà, ïðî-
øåäøåå îïîðíóþ ëèíèþ çàäåðæêè, è èçëó÷åíèå,
ïðèøåäøåå ñ äèñòàíöèè, ïîïàäàþò, ñîîòâåòñò-
âåííî, íà ïåðâûé è âòîðîé ñïåêòðàëüíûå ñåëåêòî-
ðû CC1, ÑÑ2, ãäå ïðîèñõîäèò ïðîñòðàíñòâåííîå ðàç-
äåëåíèå èçëó÷åíèÿ íà äâà ïó÷êà, â îäíîì èç êîòî-
ðûõ êîíöåíòðèðóåòñÿ èçëó÷åíèå íà λ1, â äðóãîì – λ2. Çàòåì èçëó÷åíèå ðåãèñòðèðóåòñÿ ôîòîïðèåìíèêàìè ÔÏ1–ÔÏ4.
 äàëüíîìåðå ðåàëèçóåòñÿ ðåæèì àâòîìàòè÷åñ-
êîé ïîäñòðîéêè ÷àñòîòû çîíäèðóþùèõ èìïóëüñîâ
òàêèì îáðàçîì, ÷òî ïðè ÷àñòîòå ñëåäîâàíèÿ èìïóëü-
ñîâ fλ1 íà äèñòàíöèè áóäåò óêëàäûâàòüñÿ öåëîå ÷èñ-
ëî ïåðèîäîâ öåëîå ÷èñëî
íà äëèíå ïåðèîäîâ
âîëíû λ1, à ïðè íà äëèíå âîëíû
λ÷2à.ñÓòîïòðåàâfλë2ÿ–-
þùèå ñèãíàëû äëÿ àâòîïîäñòðîéêè áåðóòñÿ ñ âûõî-
äîâ ôàçîâûõ äåòåêòîðîâ ÔÄ1 è ÔÄ2. Öåëîå ÷èñëî
ïåðèîäîâ çîíäèðóþùèõ èìïóëüñîâ K, óêëàäûâàþ-
ùèõñÿ çà âðåìÿ ðàñïðîñòðàíåíèÿ èçëó÷åíèÿ íà äèñ-
òàíöèè, îïðåäåëÿåòñÿ â áëîêå “Ïðîöåññîð” ïóòåì
èçìåðåíèÿ ðàçíîñòè ÷èñëà èìïóëüñîâ ïî âõîäó K è
ñ÷åòíîìó âõîäó fλ1. Èñïîëüçóÿ âûðàæåíèå (5), ôîðìóëà äëÿ ðàñ÷åòà
äàëüíîñòè áóäåò èìåòü âèä
L = (c/2)[topt – (Δt/Δn0)(n0 – 1)],
(7)
ãäå Δt – ðàçíîñòü îïòè÷åñêèõ çàäåðæåê èçëó÷åíèÿ ïðè λ1 è λ2 íà èçìåðÿåìîé äèñòàíöèè.
Âðåìÿ çàäåðæêè èçëó÷åíèÿ îïðåäåëÿåòñÿ ïî çíà÷èåìíïèóÿëìüñ÷îàâñòKî,òóûêëfλà1äèû÷âèàñþëùà èïõåñðÿèîçäàîââðçåîìíÿäðèàðñóïþðùîñèòõðàíåíèÿ èçëó÷åíèÿ íà äèñòàíöèè, à ðàçíîñòü îïòè÷åñêèõ çàäåðæåê îïðåäåëÿåòñÿ ïî ðàçíîñòè ïåðèîäîâ ñëåäîâàíèÿ èìïóëüñîâ ñ ÷àñòîòàìè fλ1 è fλ2
topt = K/fλ1, Δt = (K/fλ2) – K/fλ1.
(8)
Èç âûðàæåíèé (7) è (8) ïîëó÷àåì îêîí÷àòåëüíóþ ôîðìóëó äëÿ ðàñ÷åòà äàëüíîñòè
L = (cK/2){(1/fλ1) – [(n0 – 1)/Δn0](1/fλ1) – 1/fλ1]}. (9)
Íà ðèñ. äèñòàíöèè
4 L
ïðèâåäåíû çíà÷åíèÿ ≈ 3 êì â çàâèñèìîñòè
Δf îò
ò=åìfλï1 å–ðfàλò2óäðëûÿ
îêðóæàþùåé ñðåäû ïðè Δλ = 50 íì äëÿ ÷àñòîòû èì-
ïóëüñîâ ïîðÿäêà ñîòíè ìåãàãåðö. Ïðè ýòîì ðàçíîñòü
îïòè÷åñêèõ çàäåðæåê Δt íà äèñòàíöèè íà λ1 = 837 íì è λ2 = 787 íì íàõîäèòñÿ â ïðåäåëàõ 5–6 ïñ. Î÷åâèäíî, ÷òî ïðÿìîå èçìåðåíèå òàêèõ êîðîòêèõ âðåìåí-
íûõ èíòåðâàëîâ âûçûâàåò áîëüøèå ñëîæíîñòè, ïî-
ýòîìó â ðàçðàáîòàííîì äàëüíîìåðå èçìåðÿþòñÿ íå
èâðçìåìåðååíííèûåå÷èàíñòòåîðòûâàïëûðà,êàòè÷÷àñåòñîêòèûïðfλî1 ùèåfλè2,âïîðçìè îýæòîíìî
ñ âûñîêîé ñòåïåíüþ òî÷íîñòè. Âðåìÿ èçìåðåíèÿ
äàëüíîñòè ñ ó÷åòîì äèñïåðñèè íà äèñòàíöèè ñîñòàâ-
ëÿåò 2–3 ñ.
Ñðàâíåíèå ðåçóëüòàòîâ èçìåðåíèÿ äàëüíîñòè
îäíîâîëíîâûì äàëüíîìåðîì (λ = 837 íì) è ðàçðà-
áîòàííûìè äâóõâîëíîâûìè èìïóëüñíî-ôàçîâûì è
ðåöèðêóëÿöèîííûì äàëüíîìåðîìè (λ1 = 837 íì, λ2 = 787 íì) ïðåäñòàâëåíî íà ðèñ. 5, ãäå ïîêàçàíà çàâèñèìîñòü ðàçíîñòè ïîêàçàíèé äàëüíîìåðîâ ΔL =
= L1 – L2 îò èçìåðÿåìîãî ðàññòîÿíèÿ L ïðè ðàçëè÷íûõ òåìïåðàòóðàõ îêðóæàþùåé ñðåäû è äàâëåíèè
760 ìì ðò. ñò. Î÷åâèäíî, ïîêàçàíèÿ äàëüíîìåðîâ
áóäóò ñîâïàäàòü ëèøü ïðè 0 °Ñ. Ïðè äðóãèõ òåìïå-
ðàòóðàõ îäíîâîëíîâûé äàëüíîìåð äàåò ïîãðåøíîñòü
äî 10 ñì, ÷òî ñâÿçàíî ñ îòñóòñòâèåì èíôîðìàöèè î
Δf, Ãö 140
120
100
80 –20 0 20 40 t, °C Ðèñ. 4. Çàâèñèìîñòü ðàçíîñòè ÷àñòîò îò òåìïåðàòóðû îêðóæàþùåé ñðåäû äëÿ Δλ = 50 íì, L ≈ 3 êì.
“Îïòè÷åñêèé æóðíàë”, òîì 75, ¹ 9, 2008
65
ΔL, ì
0,1 0
–0,1
0
2000
1
2
3
4000
4 L, ì
Ðèñ. 5. Çàâèñèìîñòè ðàçíîñòè ïîêàçàíèé îäíî- è äâóõâîëíîâîãî äàëüíîìåðîâ ΔL îò èçìåðÿåìîãî ðàññòîÿíèÿ L ïðè ðàçëè÷íûõ òåìïåðàòóðàõ îêðóæàþùåé ñðåäû: 1 – –20 °C, 2 – 0 °C, 3 – +20 °C, 4 – +30 °C.
ñêîðîñòè ðàñïðîñòðàíåíèÿ èçëó÷åíèÿ íà òðàññå. Çíà÷åíèÿ äèñòàíöèè ïðè îäíîâîëíîâûõ èçìåðåíèÿõ áóäóò çàâûøåíû ïðè ìèíóñîâûõ òåìïåðàòóðàõ ïî øêàëå Öåëüñèÿ è çàíèæåíû ïðè ïëþñîâûõ òåìïåðàòóðàõ ïî Öåëüñèþ ïî ñðàâíåíèþ ñ ïîêàçàíèÿìè äâóõâîëíîâîãî äàëüíîìåðà.
Ïîãðåøíîñòü èçìåðåíèé îäíîâîëíîâûì äàëüíîìåðîì ïî ñðàâíåíèþ ñ äâóõâîëíîâûìè èçìåðåíèÿìè ìîæíî îöåíèòü ïî ôîðìóëå
ΔL
=
− L(nc
− 1)
(1
+ 15α)
p 760
αt.
(10)
Êàê âèäíî, îøèáêà ΔL ðàñòåò ëèíåéíî ñ äëèíîé èçìåðÿåìîé òðàññû L, ñëàáî èçìåíÿåòñÿ ñ àòìîñôåðíûì äàâëåíèåì è ïðàêòè÷åñêè íå çàâèñèò îò äëèíû âîëíû ëàçåðíîãî èçëó÷åíèÿ. Ïðè 760 ìì ðò. ñò. íà äëèíàõ âîëí âáëèçè 1 ìêì ïðèáëèæåííî íàõîäèì
ΔL = –Lδt,
(11)
ãäå δ = 1,06×10–6. Òàêèì îáðàçîì, áëàãîäàðÿ èñïîëüçîâàíèþ â êà-
÷åñòâå èñòî÷íèêà èçëó÷åíèÿ ïîëóïðîâîäíèêîâîãî ëàçåðà ñ àñèììåòðè÷íîé êâàíòîâîðàçìåðíîé ãåòåðî-
ñòðóêòóðîé óäàåòñÿ ñôîðìèðîâàòü â äàëüíîìåðå çîíäèðóþùèé ñèãíàë íà äâóõ ðàçëè÷íûõ äëèíàõ âîëí îïòè÷åñêîãî äèàïàçîíà. Ýòî ïîçâîëÿåò ïîëó÷èòü èíôîðìàöèþ î ñêîðîñòè ðàñïðîñòðàíåíèÿ èçëó÷åíèÿ âäîëü ëèíèè íàáëþäåíèÿ è ó÷åñòü åå çíà÷åíèå ïðè ðàñ÷åòå äàëüíîñòè ïî âåëè÷èíå îïòè÷åñêîé çàäåðæêè, ÷òî ïîâûøàåò òî÷íîñòü èçìåðåíèÿ ðàññòîÿíèé. Ïî ñðàâíåíèþ ñ äðóãèìè èçâåñòíûìè äâóõâîëíîâûìè äàëüíîìåðàìè ðàçðàáîòàííàÿ ñèñòåìà èìååò ïðåèìóùåñòâà â òîì, ÷òî îáà çîíäèðóþùèõ ñèãíàëà íà ðàçíûõ äëèíàõ âîëí ãåíåðèðóþòñÿ â îäíîì îïòè÷åñêîì ðåçîíàòîðå, ÷òî îáåñïå÷èâàåò ñòàáèëüíîñòü ðàçíîñòíîé äëèíû âîëíû â ðåçóëüòàòå ñèíõðîíèçàöèè ýëåêòðîííî-îïòè÷åñêèõ ïðîöåññîâ â àêòèâíîé îáëàñòè ëàçåðà, à èíôîðìàöèîííûå èìïóëüñû ïðîõîäÿò ÷åðåç îäíó è òó æå ñèñòåìó îïòèêî-ýëåêòðîííîé îáðàáîòêè. Ëàçåðû íà àñèììåòðè÷íûõ êâàíòîâîðàçìåðíûõ ãåòåðîñòðóêòóðàõ [5] òàêæå ñïîñîáíû èçëó÷àòü ïðîáíûå îïòè÷åñêèå ñèãíàëû ñî ñòàáèëüíîé àìïëèòóäîé è ÷àñòîòîé ïîâòîðåíèÿ â ãèãàãåðöîâîì äèàïàçîíå. Ýòî îáåñïå÷èâàåò äîïîëíèòåëüíûå âîçìîæíîñòè äëÿ ñîçäàíèÿ íîâûõ âûñîêîýôôåêòèâíûõ èìïóëüñíûõ ñèñòåì ëàçåðíîé äàëüíîìåòðèè.
ËÈÒÅÐÀÒÓÐÀ
11. Êîçëîâ Â.Ë. Ïðåöèçèîííûé ðåöèðêóëÿöèîííûé äàëüíîìåð // Ïàòåíò Ðåñïóáëèêè Áåëàðóñü ¹ 8172. 2006.
12. Êîçëîâ Â.Ë., Êîíîíåíêî Â.Ê., Ìàíàê È.Ñ. Ïðåöèçèîííûé ëàçåðíûé äàëüíîìåð // Ïàòåíò Ðåñïóáëèêè Áåëàðóñü ¹ 6263. 2004.
13. Ikeda S., Shimizu A. Evidence of the wavelength switching caused by a blocked carrier transport in an asymmetric dual quantum well laser // Appl. Phys. Lett. 1991. V. 59. ¹ 5. P. 504–506.
14. Ýáåðò Ã. Êðàòêèé ñïðàâî÷íèê ïî ôèçèêå. Ì.: ÃÈÔÌË, 1963. Ñ. 240–241.
15. Àôîíåíêî À.À., Êîíîíåíêî Â.Ê., Ìàíàê È.Ñ. Ïîëóïðîâîäíèêîâûé ëàçåð // Ïàòåíò Ðåñïóáëèêè Áåëàðóñü ¹ 1385. 1996.
66 “Îïòè÷åñêèé æóðíàë”, òîì 75, ¹ 9, 2008