Лазерная система телеориентации объекта

Авторы патента:

H01S3/10 - устройства для управления интенсивностью, частотой, фазой, поляризацией или направлением стимулированного излучения, например переключением, стробированием, модуляцией или демодуляцией (блокирование собственных колебаний H01S 3/098; управление световыми лучами, изменение частоты, нелинейная оптика, оптические логические элементы вообще G02F)

G01S17/02 - системы с использованием отражения электромагнитных волн, иных чем радиоволны (G01S 17/66 имеет преимущество)

Владельцы патента RU 2619827:

Купцова Галина Александровна (RU)

Изобретение относится к области оптического приборостроения и касается системы лазерной телеориентации объекта. Система состоит из последовательно установленных лазера, двухкоординатного акустооптического дефлектора, блока управления плоскостью поляризации лазерного излучения, поляризационного светоделительного призменного блока и телескопа. Акустооптический дефлектор включает в себя две анизотропные акустооптические ячейки, развернутые друг относительно друга на 90°. Поляризационный светоделительный блок состоит из призмы в виде параллелограмма БС-0 и приклеенных к ее отклоняющим излучение граням прямоугольной призмы АР-90 и прямоугольной призмы БкР-180 с крышей на катете. Отражающие грани призмы БС-0 имеют поляризационно-избирательные отражающие покрытия с высоким коэффициентом отражения для плоскости поляризации лазерного излучения, электрический вектор которого параллелен плоскости отражающих граней. Технический результат заключается в уменьшении габаритов и повышении надежности системы. 2 ил.

Лазерная система телеориентации (далее ЛСТ) относится к лазерной технике и предназначена для формирования информационного поля лазерных систем телеориентации и навигации, оптической связи и может быть использована при управлении, посадке и стыковке летательных аппаратов, проводке судов через узости или своды мостов, дистанционном управлении робототехническими устройствами в опасных для человека зонах и т.п.

Известно изобретение - лазерная система телеориентации, патент РФ №2177208, которая состоит из последовательно установленных лазера, двухкоординатного акустооптического дефлектора, содержащего две анизотропные акустооптические ячейки, развернутые друг относительно друга на 90°, поляризационной светоделительной призмы, с помощью которой формируются два канала распространения лазерного излучения, состоящей из призмы БС-0 в виде параллелограмма с приклеенной к первой отклоняющей излучение грани призмой АР-90. Отклоняющая лазерное излучение грань призмы обладает поляризационно-избирательным свойством - направляет лазерное излучение по каналу I, если работают две акустооптические ячейки (разворот плоскости поляризации лазерного излучения на 180°), или по каналу II, если работает одна из акустооптических ячеек (разворот плоскости поляризации лазерного излучения на 90°). Для управления лазерным излучением по двум координатам в канале II используется дополнительный акустооптический дефлектор. Телескоп формирует ближнюю зону телеориентации объекта, так как использование телескопа с уменьшением изображения позволяет увеличить угловую величину поля управления объектом.

При использовании данного изобретения может происходить разыостировка обоих каналов относительно конструктивных осей ЛСТ за счет изменения температуры акустооптических ячеек при их работе, так как скорость распространения акустической волны в кристаллах зависит от температуры. Данную ошибку можно компенсировать введением поправки частоты акустической волны в зависимости от температуры среды, но при работе ЛСТ происходит постоянный разогрев дефлекторов, и процесс имеет динамический характер. Поэтому необходимо непрерывно контролировать изменение положения лазерного излучения относительно конструктивных осей ЛСТ и корректировать его соответствующим образом.

Для стабилизации ЛСТ можно использовать измерительный канал, патент РФ №2475966. В данном изобретении лазерная система телеориентации объекта, показанная на фигуре 1, состоит из последовательно установленных лазера 1, двухкоординатного акустооптического дефлектора, содержащего две анизотропные акустооптические ячейки 2 и 3, развернутые друг относительно друга на 90°, поляризационного светоделительного призменного блока с крышей 4, состоящего из призмы БС-0 с приклеенными к отклоняющим излучение граням призмами АР-90 и БкС-0, акустооптической ячейки 5, телескопа 7 и измерительного канала, включающего последовательно установленные по ходу излучения оптический разветвитель с крышей 6, представляющий собой призму БС-0 с приклеенными к отклоняющим излучение граням призмами АР-90 и БкР-180, телескопическую систему 9, волновую пластинку λ/2 - 8 и позиционно чувствительный фотоприемник 10.

Представленная система лазерной телеориентации имеет два сложных призменных блока 4 и 6, при этом пространственное положение призменного блока 4 не влияет на распространение лазерного излучения в канале I и влияет на распространение лазерного излучения в канале III, так как отражение в первом случае происходит от плоской грани призменного блока 4, а во втором случае - от крыши призменного блока 4. Это приводит к неадекватной работе измерительного канала и возникновению ошибки при механических уходах призменного блока 4, вызванных вибрацией, температурными полями и т.п. Кроме этого коэффициент линейного расширения стекла отличается от коэффициентов линейного расширения большинства металлов и их сплавов, что может приводить к разрушению стеклянных блоков при большом перепаде температур, поэтому возникает необходимость использования титановых или коваровых держателей призм.

Автором предлагается функционально объединить призменные блоки 4 и 6, что приведет к облегчению конструкции, уменьшению ее габаритных размеров и повышению надежности лазерной системы телеориентации.

Технический результат направлен на создание двухканальной лазерной системы телеориентации объекта с меньшими габаритами, в которой измерительный канал адекватно измеряет отклонение лазерных пучков в обоих каналах, при этом используется только один призменный блок.

Технический результат достигается тем, что по ходу лазерного излучения после двухкоординатного акустооптического дефлектора расположены блок управления плоскости поляризации лазерного излучения (например, электрооптический кристалл), поляризационный светоделительный призменный блок, который выполнен в виде призмы БС-0 с приклеенными к отклоняющим излучение граням призмами АР-90 и БкР-180, при этом отражающие грани БС-0 имеют поляризационно-избирательные отражающие покрытия с высоким коэффициентом отражения для плоскости поляризации лазерного излучения, электрический вектор которого параллелен плоскости отражающих граней. Лазерное излучение, отраженное от крыши поляризационного светоделительного призменного блока, поступает в измерительный канал, состоящий из телескопа и фотоприемника, а основное лазерное излучение, проходя поляризационный светоделительный призменный блок насквозь, выходит наружу и формирует два канала управления.

Сущность предлагаемой лазерной системы телеориентации поясняется фигурами 1-2.

На фигуре 1 представлена лазерная система телеориентации объекта (прототип).

На фигуре 2 представлена лазерная система телеориентации объекта.

Прототип лазерной системы телеориентации объекта (патент РФ №2475966), представленный на фигуре 1 и описанный ранее, имеет два сложных призменных блока 4 и 6, при этом пространственное положение призменного блока 4 не влияет на распространение лазерного излучения в канале I и влияет на распространение лазерного излучения в канале III, так как отражение в первом случае происходит от плоской грани призменного блока 4, а во втором случае - от крыши призменного блока 4. Это приводит к неадекватной работе измерительного канала и возникновению ошибки при механических уходах призменного блока 4, вызванных вибрацией, температурными полями и т.п.

Автором предлагается лазерная система телеориентации объекта, лишенная вышеприведенных недостатков, которая представлена на фигуре 2. Система лазерной телеориентации объекта состоит из последовательно установленных лазера 1, двухкоординатного акустооптического дефлектора, содержащего две анизотропные акустооптические ячейки 2 и 3, развернутые друг относительно друга на 90°, блока управления плоскости поляризации лазерного излучения 11, поляризационного светоделительного призменного блока 6, телескопа 7 и измерительного канала, состоящего из телескопа 9 и фотоприемника 10. Поляризационный светоделительный призменный блок 6 состоит из призмы в виде параллелограмма БС-0 с приклеенными к отклоняющим излучение граням прямоугольной призмы АР-90 и прямоугольной призмы БкР-180 с крышей на катете, при этом отражающие грани БС-0 имеют поляризационно-избирательные отражающие покрытия с высоким коэффициентом отражения для плоскости поляризации лазерного излучения, электрический вектор которого параллелен плоскости отражающих граней.

Лазерная система телеориентации объекта работает следующим образом: лазерное излучение от лазера 1, проходя через две акустооптические ячейки 2 и 3, отклоняется в двух плоскостях. Далее лазерное излучение проходит через блок управления плоскости поляризации лазерного излучения 11 (например, электрооптический кристалл или акустооптическая ячейка), который, в зависимости от подачи управляющего сигнала, работает в двух режимах - разворот плоскости поляризации излучения на 90° или без разворота плоскости поляризации лазерного излучения. Далее по ходу лазерного излучения установлен поляризационный светоделительный призменный блок 6, который состоит из призмы в виде параллелограмма БС-0 с приклеенными к отклоняющим излучение граням прямоугольной призмы АР-90 и прямоугольной призмы БкР-180 с крышей на катете, при этом отражающие грани БС-0 имеют поляризационно-избирательные отражающие покрытия с высоким коэффициентом отражения для плоскости поляризации лазерного излучения, электрический вектор которого параллелен плоскости отражающих граней. В зависимости от положения линейной поляризации лазерное излучение или проходит поляризационный светоделительный призменный блок 6 насквозь без изменения и формирует канал II, или отражается от двух граней поляризационного светоделительного призменного блока 6 и формирует канал I. После поляризационного светоделительного призменного блока 6 в канале II для работы ЛСТ на близком расстоянии установлен телескоп 7, работающий на уменьшение, что позволяет увеличить углы отклонения лазерного излучения и увеличить расходимость лазерного излучения. Известно, что поляризационно-избирательное покрытие может при высоком коэффициенте отражения (80÷99%) линейно-поляризованного лазерного излучения, электрический вектор которого параллелен плоскости отражающей грани, частично отражать (1÷10%) лазерное излучение, электрический вектор которого перпендикулярен плоскости отражающей грани (Э.С. Путилин. Оптические покрытия. // Учебное пособие. - НИУ СПбГУ ИТМО. - 2012). Такой вид поляризационно-избирательного покрытия позволяет направлять часть лазерного излучения из каналов I и II в измерительный канал. Отраженное от поляризационно-избирательных покрытий лазерное излучение отражается от крыши поляризационного светоделительного призменного блока 6 и поступает в измерительный канал, состоящий из последовательно установленных телескопа 9 и фотоприемника 10. Телескоп 9 работает на уменьшение и настраивается подобно длиннофокусной линзе, в фокусе которой располагается диафрагма фотоприемника 10.

В качестве блока управления плоскостью поляризации лазерного излучения 11 можно использовать электрооптический кристалл или акустооптическую ячейку, на которую подается постоянная ультразвуковая частота. При использовании акустооптической ячейки в качестве вращателя плоскости поляризации лазерного излучения необходимо призму АР-90 поляризационного светоделительного призменного блока 6 выполнить с корректирующим оптическим клином, так как при выключенной и включенной акустооптической ячейке лазерные пучки распространяются под разными углами друг к другу (нулевой и первый порядки дифракции).

Лазерная система телеориентации объекта, состоящая из последовательно установленных - лазера, двухкоординатного акустооптического дефлектора, состоящего из двух анизотропных акустооптических ячеек, развернутых друг относительно друга на 90°, поляризационного светоделительного блока, телескопа и измерительного канала, состоящего из телескопа и фотоприемника, отличающаяся тем, что между двухкоординатным акустооптическим дефлектором и поляризационным светоделительным блоком установлен блок управления плоскости поляризации лазерного излучения, а поляризационный светоделительный блок выполнен в виде призмы БС-0 с приклеенными к отклоняющим излучение граням призмами АР-90 и БкР-180 с крышей на катете, при этом отражающие грани БС-0 имеют поляризационно-избирательные отражающие покрытия с высоким коэффициентом отражения для плоскости поляризации лазерного излучения, электрический вектор которого параллелен плоскости отражающих граней.

Изобретение относится к области лазерной техники и касается системы формирования лазерного излучения. Система включает в себя источник импульсного лазерного излучения, оптические элементы, содержащие фокусирующий объектив и выполненные с возможностью изменения длительности лазерных импульсов, устройство контроля, предназначенное для измерения длительности лазерных импульсов и выявления изменения длительности импульса, и управляющий компьютер.

Устройство для модуляции лазерного излучения // 2616935

Изобретение относится к области оптического приборостроения и касается устройства для модуляции лазерного излучения. Устройство содержит поворотную платформу, подложку со сформированной на ее поверхности рельефной дифракционной решеткой, зеркало и установленный в нулевом порядке дифракции оптический пространственный фильтр.

Способ лазерной маркировки поверхности изделия из алюминия или его сплава с оксидным внешним слоем // 2615381

Изобретение относится к способу лазерной маркировки изделия из алюминия или его сплава с оксидным внешним слоем и может быть использовано, преимущественно, при изготовлении конструкционных, оптических и электронных элементов, электрических утюгов, бритв, кнопок, в том числе дверных, и т.п.

Градиентный периодически поляризованный ниобат лития // 2614199

Изобретение относится к лазерной технике. Монокристаллический материал на основе ниобата лития, с неоднородным распределением лития по заданному закону вдоль активного лазерного элемента, характеризуется следующей структурной формулой:Lia(z)Nbb(z)O3 где: a(z)=p*F(z), где 0,99≤a(z)≤1; b(z)=a(z)/R, где R=Li/Nb, где 0,93≤b(z)≤0,96; F(z)=th(z); p=49,98 ат.

Устройство для поглощения излучения оптического диапазона длин волн // 2608933

Изобретение относится к устройству для поглощения излучения оптического диапазона длин волн. Цилиндрический корпус выполнен с открытой с одной стороны внутренней полостью, в которой располагается конический элемент, обращенный своим острием в сторону подводимого излучения.

Лазерный блок // 2602398

Лазерный блок содержит расположенные на одной оптической оси источник лазерного излучения, вход управления питанием которого образует первый управляющий вход лазерного блока, средство оптической фокусировки и оконечный элемент, а также фотодетектор, выход которого образует информационный выход лазерного блока.

Способ настройки зеркал резонатора // 2592051

Способ настройки зеркал резонатора заключается в том, что устанавливают оправы с зеркалами с прижатием в трех точках на несущую часть резонатора и совмещают рабочие поверхности зеркал.

Архитектура многопроходного усилителя для лазерных систем большой мощности // 2589274

Система для усиления светового потока включает в себя первый отражатель, первую апертуру, первый поляризатор, выполненный с возможностью отражать световое излучение, характеризующееся первым состоянием поляризации, набор зеркал и второй поляризатор.

Фемтосекундный лазер высокой мощности с регулируемой частотой повторения // 2589270

Изобретение относится к лазерной технике. Лазерное устройство включает в себя генератор, который генерирует и выводит пучок фемтосекундных затравочных импульсов, модуль растяжения-сжатия, который растягивает длительность затравочных импульсов, и усилитель, который принимает растянутые затравочные импульсы, усиливает амплитуду выбранных растянутых затравочных импульсов для создания усиленных растянутых импульсов и выводит лазерный пучок усиленных растянутых импульсов обратно на модуль растяжения-сжатия, который сжимает их длительность и выводит лазерный пучок фемтосекундных импульсов.

Фемтосекундный лазер высокой мощности с частотой повторения, регулируемой согласно скорости сканирования // 2589268

Изобретение относится к лазерной технике. Способ сканирования с помощью лазерной системы содержит этапы, на которых: генерируют фемтосекундные затравочные импульсы с помощью генератора, увеличивают длительность затравочных импульсов, усиливают растянутые импульсы, компенсируют дисперсию групповой задержки импульсов в диапазоне 5000-20000 фс2 с помощью компенсатора дисперсии между торцевыми зеркалами усилителя, уменьшают длительность импульсов.

Способ дистанционного зондирования земли // 2597144

Способ дистанционного зондирования Земли включает в себя получение потока светового излучения Солнца, отраженного от зондируемого участка земной поверхности. Далее поток разделяют на два пучка равной интенсивности, по одному из которых осуществляют преддетекторную адаптивную компенсацию случайных наклонов волнового фронта, обусловленных турбулентной атмосферой, а по другому - накопление адаптивно стабилизированных коротко-экспозиционных изображений.

Способ приведения в действие инициатора газодинамического импульсного устройства // 2591293

Изобретение относится к области вооружений и может быть использовано в неконтактных взрывателях боеприпасов. Способ приведения в действие инициатора газодинамического импульсного устройства включает обнаружение объекта.

Способ формирования потока видеоданных вращающимся секторным фотоприемником и устройство его реализации // 2576336

Изобретение относится к области формирования потока видеоданных вращающимся секторным фотоприемником. Способ основан на формировании сигналов от фоточувствительных элементов, установленных по площади вращающегося сенсора, их последующей организации в ядра пространственного дифференцирования, выходные сигналы которых подвергаются аналого-цифровому преобразованию и их дальнейшей цифровой обработке.

Лазерный локатор // 2575766

Лазерный локатор содержит систему автоматического слежения и управления согласованием волновых фронтов принимаемого и гетеродинного лазерных излучений в плоскости фоточувствительной площадки фотоприемного блока лазерного локатора.

Лазерно-акустическая система обнаружения подводных объектов // 2568975

Изобретение относится к лазерно-акустической системе обнаружения подводных объектов. Указанная система содержит расположенный над поверхностью водоема источник акустических сигналов в виде лазера, гидрофон и установленный над водной поверхностью вычислительный блок, соединенный с выходом приемного гидрофона.

Лазерный когерентный локатор для ракет морского базирования // 2565821

Лазерный когерентный локатор использует излучение одночастотного CO2-лазера в режиме гетеродинного приема отраженных излучений от лоцируемого объекта. В локаторе используется фотоприемное устройство с четырехквадрантным фоточувствительным слоем.

Средство и способ обнаружения присутствия в туалетной комнате по меньшей мере одного объекта, подлежащего уборке // 2565340

Изобретение относится к способу и устройству для определения присутствия в туалетной комнате объекта, подлежащего уборке. Вдоль пола туалетной комнаты подается сканирующий пучок.

Лазерный когерентный локатор целеуказания // 2563312

Лазерный когерентный локатор целеуказания содержит одночастотный СО2-лазер, передающий телескоп, приемный объектив, фотоприемное устройство, работающее в гомодинном режиме фотосмешения.

Устройство для определения дальности и скорости // 2562147

Изобретение относится к измерительной технике определения высоты и вертикальной скорости летательного аппарата. Устройство обеспечивает возможность работы в двух режимах.

Способ определения высоты летательного аппарата // 2558694

Изобретение относится к способу определения высоты летательного аппарата. При реализации способа осуществляется N-кратное зондирование подстилающей поверхности импульсами лазерного излучения и его некогерентное накопление принятого отражённого от объекта сигнала.

Стереоскопический когерентный доплеровский локатор // 2627550

Изобретение относится к области измерительной техники и приборостроению и может быть использовано как лазерный локатор для обнаружения и измерения координат и скорости низколетящих ракет морского базирования в интересах ВМФ страны. Заявленный стереоскопический когерентный доплеровский локатор содержит одночастотный газовый лазер непрерывного действия, связанный с лоцируемым объектом, и гетеродинным фотоприемным устройством через светоделительный элемент и приемно-передающий объектив. Также содержит многоканальный блок обработки информации, соединенный с выходом гетеродинного фотоприемного устройства, блок сканирования по азимуту зондирующего излучения, сформированного приемно-передающим объективом в форме веерообразного излучения - широкоугольного по углу места и узкоугольного по азимуту, и связанный с последним блок топографической привязки. При этом гетеродинное фотоприемное устройство выполнено в виде матрицы из набора фоточувствительных элементов, выходы которых подключены к соответствующим входам многоканального блока обработки информации, состоящего из последовательно включенных канальных преобразователей частоты входных сигналов с сигналом линейно-частотно-модулированного гетеродина, канальных широкополосных усилителей, многоканального согласованного фильтра «сжатия» на основе дисперсионных линий задержки, канальных компенсирующих усилителей, канальных амплитудных детекторов, связанных с ограничителями по минимуму. Локатор также включает параллельно подключенные к выходам многоканального блока обработки информации многоканальный блок определения угловых координат на лоцируемый объект и бликующие элементы морской поверхности и многоканальный блок измерения доплеровских сдвигов частоты принимаемых переотражений лоцируемым объектом зондирующего излучения для него самого и соответствующих бликующих элементов морской поверхности, причем выходы многоканальных блоков определения угловых координат и измерения доплеровских сдвигов частоты для соответствующих принятых излучений подключены соответственно к первому и второму входам вычислителя характеристик лоцируемого объекта - его высоты полета, наклонной дальности и вектора скорости, третий вход которого соединен с блоком топографической привязки. Выходы вычислителя характеристик лоцируемого объекта соединены со статистическим усреднителем измеряемых характеристик в текущем времени, причем прием отраженных излучений осуществлен как непосредственно от лоцируемого объекта, так и от морских бликов, образованных рассеянием зондирующего излучения поверхностью лоцируемого объекта под разными углами рассеяния. В состав локатора введен дополнительно одночастотный газовый лазер непрерывного действия, снабженный пьезокорректором настройки его оптического резонатора, образующий передающий стереоканал на основе дополнительного передающего объектива со стереобазой h, при коллинеарности оптических осей обоих передающих и приемного объективов. Выходы обоих лазеров дополнительно связаны через слабо отражающие зеркала с высоким пропусканием с фотосмесителем, выход которого включен к последовательно связанной цепи из фазочувствительного детектора (дискриминатора), интегратора и управляющего усилителя постоянного тока, выходом включенного к пьезокорректору дополнительного лазера. При этом на второй вход фазочуствительного детектора подключен выход опорного кварцевого генератора разностной частоты настройки основного и дополнительного лазеров непрерывного действия, кроме того, этот же выход опорного кварцевого генератора подключен к третьему входу вычислителя характеристик лоцируемого объекта - низколетящей ракеты морского базирования. Технический результат - повышение вероятности правильного измерения координат лоцируемого объекта. 7 ил.