автореферат диссертации по радиотехнике и связи, 05.12.20, диссертация на тему:Лазерные источники излучения для оптико-локационных систем

I Э Н А 11 [3

НАЦИОНАЛЬНАЯ АКАДЕМИЯ НАУК ' —

ИНСТИТУТ ЭЛЕКТРОНИКИ

УДК 621. 373. 8. 038. 825: 535.317:2

Дня служебного пользования Экз. N £

СТАБРОВ АЛЕКСАНДР АФАНАСЬЕВИЧ

ЛАЗЕРНЫЕ ИСТОЧНИКИ ИЗЛУЧЕНИЯ ДЛЯ ОПГИКО-ЛОКАЦИОННЫХ СИСТЕМ

05.12.20 - оптические системы локации, связи и обработки информации

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени доктора физико-математических наук

Минск-1999

Учетн. ^

/¿■¿Ж

Работа выполнена в Открытом акционерном обществе "Пеленг"

Научный консультант - академик Бураков Е С.

Официальные оппоненты: доктор физико-математических наук, профессор

Рубанов A.C. (Институт физики иы. RИ.Степанова HAH Беларуси)

Оппонирующая организация - НИИ прикладных физических проблем

им. А. Н. Севченко

Защита диссертации состоится 30 апреля 1999 г. в 10 часов

на заседании Совета по защите диссертаций Л 01.07.01 Института электроники НАН Беларуси (220090, г. кинск, Логойский тракт, 22, ком. 403).

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Института элек-' троники HAH Беларуси.

доктор физико-математических наук, профессор Толсторожее Г. Б. (Институт молекулярной и атомной физики HAH Беларуси)

доктор физико-математических наук Лебедев Е И. (Могилевский государственный университет)

Автореферат разослан марта 1999 г.

Ученый секретарь Совета по ващите диссертаций Л 01.07.01 кандидат технических наук

А. К. Есман

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Оптические локационные системы (ОЛС) издавна привлекают к себе внимание ученых и практиков как инструментальные средства, обеспечивающие максимальную информативность и точность при наблюдениях и дистанционных измерениях. Уногие десятилетия это были преимущественно пассивные системы, которые про пли длительный путь развития от простейших зрительных труб до современных сверхсложных астрономических комплексов.

Принципиально новые для ОЛС функциональные возможности возникли благодаря созданию светодальномерных устройств, ставших праобра-8ом современных систем активного типа С использованием подобных устройств впервые появилась возможность выполнения линейных оптических измерений непосредственно, без привлечения косвенных данных об угловых характеристиках наблюдаеыых объектов. После душэе бурное развитие ОЛЗ активного типа связано с реализацией в 1060-х годах генерации лазерного излучения.

Созданные к концу 1970-х годов лазерные дальномеры, предназначенные для работы по динамичный объектам, базировались преимущзст-венно на рубиновых и неодимсодеряащих (на основе стекла или иттрий-аиюминиевого граната) лазерах. Лучшие к этому времени отечественные ОЛЗ активного типа обеспечивали измерения дальности до диффузно отражающих объектов с расстояний в б... 10 км при погрешности порядка 10 м. Отдельные уникальные стационарные системы позволяли опреде-пять расстояния до удаленных на сотни и тысячи километров космических объектов (ИСЗ, Луна), оснащенных уголковыми отражателями, с погрешностью в единицы и десятки сантиметров. Предпринимались попытки ;оздания дальномера с радиусом действия 20 км для лоцирования протяженных объектов, а такие дальномерно-следяией системы, работах^йй ю уголковому отражателю на расстояниях до 30... 40 км. Совместное Йгнкционирование в реальном масптабе времени ОЛЗ активного и пас-5явного типа, обеспечивающее наиболее полное сочетание изобразительных и измерительных характеристик лоцируемого объекта, реализо->ано не было.

Выдвинутая практической необходимостью проблема создания ОЛС истивно-пассивного типа имеет многоуровневый характер и непосредственно связана с задачей реализации оптимизированного лазерного информационного канала, а также его главных компонент - лазерных ис-

точников с управляемыми гарантированными параметрами излучения. При этом актуальность задачи обусловлена как требуемым для ее решения комплексным подбором типов и характеристик лазеров, так и необходимостью максимально полного учета условий их практического применения. Актуальность проблемы дополнительно подтверждается устойчивый международным спросом на системы подобного класса.

Связь работы с научными программами и темами. Основные результаты диссертационной работы получены в процессе реализации крупных государственных программ, соответствующих тематике БелОЫО, в рамках НИР "Виола" (1980, гос. регистр. N Х-06267), вНВ-10-102-80" (1981. гос. регистр. N Х-56804), "Прогноз" (1981, гос. регистр. N Х-56808), "Импульс" (1983, гос. регистр. N Я-56469), "Сталинит-БН" (1985, гос. регистр. N Я-56470), "Алгоритм" (1986, гос. регистр. МХ-11515), "Критерий" (1988, гос. регистр. N Х-58649), "Блеск" (1989, гос. регистр. N Х-58912), "Вельвет" (1991, гос. регистр. N Х-59379), ОКР "Виола" (1986), "Вереск" (1994). "Висмутин-«" (1997), "Альтернатива" (1998).

Цель и задачи исследований. Комплексной проблемой, решаемой в настоящей работе, является установление основных закономерностей функционирования ОЛС активно-пассивного типа н формулировка на их основе совокупности требований к оптимальным источникам лазерного излучения с гарантированными управляемыми параметрами, поиск физических механизмов, отвечающих ва формирование необходимых характеристик генерации, а такие отработка методик, материалов и аппаратуры для практической реализации зтих параметров. Для достижения поставленной цеди были определены следующие главные задачи:

1. Анализ значимых для ОЛС стадий формирования и распространения информационных световых потоков и выявление основных факторов, обусловливающих точностные н энергетические характеристики системы.

2. Определение требований к спектрально-энергетическим и пространственно-временным параметрам излучения н путей юс реализации с использованием достижений лазерной физики.

3. Поиск и отработка наиболее простых и надежных средств и методов оперативного управления спектральный составом излучения твердотельных лазеров с электронными и электрон-фононными переходами, пригодных для использования в составе 0Л2.

4. Осуществление генерации стабильных управляемых импульсов наносекундного и субнаносекундного масштабов длительности с применением перспективных методов и средств активной и пассивной модуля-

ции добротности и синхронизации продольных мод резонатора.

Б. Выяснение особенностей реализации и практическая отработка методов и средств управления пространственными характеристиками лазерного излучения при использовании активных и пассивных устройств селекции поперечных мод резонатора.

6. Практическая реализация лазерных средств с гарантированными управляемыми параметрами излучения и информационных каналов на их основе для перспективных ОЛС активно-пассивного типа.

Объект и предмет исследования. Объектом исследования диссертационной работы являются мощные лазеры импульсно-периодического действия, обеспечивающие реализацию перспективных ОЛС активно-пассивного типа. Предмет исследования - установление основных закономерностей функциональной адаптации лазерных источников излучения к составу и условиям эксплуатации ОЛЗ и их оптимизация на основе учета всех значимых компонент измерительного процесса, отработки новой элементной базы и схемных решений.

Методология и методы проведенного исследования. В работе применена методология многоуровневого системного анализа. Экспериментальные исследования базируются на методах лазерной физики, спектроскопии и люминесценции, физической оптики. Расчеты выполнены с использованием методов физики атмосферы, геометрической оптики, математической статистики.

Научная новизна работы заключается в следующем:

1. Показано, что оптимальной для ОЛС активно-пассивного типа совокупностью параметров обладают твердотельные перестраиваемые и дискретные источники лазерного излучения на основе активных сред, содержащих не только традиционные генерирующие ионы Сг5+ и но также ионы И3+, сИ+, Н12+, Со2+, Ег5+, Тт5+, Но5+. При этом наиболее практичным является импульсно-периодический режим работы с длительностью локационных сигналов в наносекундном и субнаносекунд-ном диапазонах.

2. Разработан новый малопараметрический метод учета регулярной рефракции атмосферы, обеспечивающий корректировку угловых и линейных параметров движения лоцируемого объекта в реальном масштабе времени с приемлемой для практических целей точностью.

3. Найдены оптимальные варианты спектральной адаптации лазерного излучения к условиям функционирования реальных ОЛС: в случае перестраиваемых лазеров целесообразно сочетание методов электромеханического и акустооптического управления спектрами генерации; для

лазеров с дискретными спектральными переходами оптимальными являются применение селективно отражающих или поглощающих оптических элементов резонатора, а также смена активной среды. Предложен и реализован новый состав иттербий-эрбиевого стекла и оптический элемент на его основе, обеспечивающие спектральную селекцию излучения нео-димсодержащих лазеров с длинами волн 1.06 и 1,32 мкм.

4. Впервые созданы оптимизированные в импульсно-периодическом режиме лазеры на основе: эрбийсодержащего стекла ЛГС-Х с рекордно низким порогом генерации и относительно высокой частотой следования импульсов; гольмийсодержащего кристалла ИАГ:Сг3+-Тт3+-Но3''', способного функционировать в весьма широком диапазоне тепловых нагрузок; кристалла форстерита М^БЮ^: сИ+, допускающего создание полностью твердотельного перестраиваемого лазера с когерентной накачкой и эффективностью генерации, близкой к предельной.

5. Впервые показана возможность расширения условий существования одноимпульсного режима генерации твердотельных перестраиваемых лазеров на основе А1203:И3+ при когерентной накачке за счет принудительной модуляции добротности резонатора перестраиваемого преобразователя, а также предложен и реализован новый метод получения цуга субнаносекундных импульсов в таком лазере.

6. Впервые методом кластерного моделирования подтвержден механизм формирования фототропных центров в нелинейных хромсодержащих кристаллах, состоящий в размещении ионов в тетраэдрических по кислороду позициях при зарядовой компенсации ионами Са2+. Установлены перспективы практического применения твердотельных пассивных элементов управления лазерным излучением в составе ОЛС, а также предложены и реализованы новые активные электрооптические устройства, обеспечивающие высокоскоростное управление как поляризованными; так и неполяризованными световыми потоками.

7. Выяснен физический механизм стабилизации генерационных параметров твердотельных лазеров, заключающийся в селектиругацэм воздействии на структуру поперечных мод конфигурации резонатора, типа управляющего затвора и степени возбуждения активной среды, и отработаны методики практических расчетов телескопического резонатора с активной и пассивной модуляцией добротности, обеспечивающие реализацию требуемых дли ОЛС пространственных характеристик лазерного излучения.

8. Установлена доминирующая в процессе управления длительностью субнаносекундных импульсов роль спектральных селекторов на ос-

нове эталонов Дебри-Перо, а также заметное влияние на параметры излучения глубины модуляции и частично.степени превышения порога генерации лазера Предложен и реализован новый тип быстродействующего пассивного затвора на основе стекла, легированного твердым раствором полупроводниковых соединений, для осуществления режима синхронизации мод в неодимсодержащих лазерах.

9. Показано, что энергетические параметры лазера могут бьггь эффективно повышены в составе ОЛС как ва счет применения катодолю-минесцентных источников накачки, так и путем рационального выбора квантовых усилительных структур.

10. Определены основные пути оптимизации ОЛС активно-пассивного типа, заключающиеся в комплексном учете наиболее значимых компонент погрешности измерительного процесса, локализованных в аппаратуре, среде распространения информационных световых потоков и лоци-руемом объекте.

Практическая значимость полученных результатов.

Созданы новые лазеры импульсно-периодического действия на основе эрбий- и гольмийсодержащих активных элементов, а также твердотельные перестраиваемые лазеры с когерентной накачкой на основе сапфира с титаном и форстерита, обладающие гарантированными управляемыми спектрально-энергетическими и временными параметрами излучения. Разработаны лазеры с неустойчивым телескопическим резонатором при активной и пассивной модуляции добротности, обладающие стабильными параметрами генерации и минимальной расходимостью лазерного излучения при высоком качестве светового пучка в поперечном сечении. Впервые реализованы неодимсодержащие лазеры с адаптированной по условиям возбуждения катодолюминесцентной накачкой.

Разработана и освоена в промышленном производстве серия лазеров с активной и пассивной модуляцией добротности резонатора, пригодных для применения в конкретных ОЛС. Отработаны базовые структуры. лазерного дальнометрического канала и ОЛС активно-пассивного типа, использованные в ряде аппаратурных разработок БелОШ и ОАО "Пеленг".

Созданы новые оптические элементы и среды, обеспечивающие управление параметрами лазерного излучения. Предложены и опробованы методики оперативного учета регулярной рефракции атмосферы, а также оптимизации структуры и функциональных связей ОЛС активно-пассивного типа.

Основные положения. выносимые на защиту.

1. Область решения большинства практически значимых локационных задач может быть существенно расширена путем совершенствования традиционных (содержащих генерирующие ионы Сг3+ и лазеров, а также с помощью дискретных и перестраиваемых твердотельных источников когерентного света на основе Ег3+, Тш34", Но3'1', Т13+, СгА+, №2+. Со2*, функционирующих в импульсно-периодическом режиме при длительности световых сигналов, соответствующей наносекундному и субнано-секундному временным интервалам.

2. Для управления спектром излучения твердотельных перестраиваемых лазеров оптимальным является сочетание электромеханических и акустооптических дисперсионных элементов, в то время как управляемую спектральную селекцию излучения лазеров на дискретных переходах в ближней ИК области целесообразно осуществлять в составе ОЛС с помощью селективно погдощвюцих оптических сред и выбора активного элемента. При этом энергетический потенциал лазерных источников света может бить заметно повышен путем использования селективно возбуждающей катодолюминесцентной накачки к оптимального выбора квантовых усилительных структур.

3. Ыногоэлементные электрооптические и пассивные кристаллические устройства управления лазерами на дискретных переходах позволяют реализовать устойчивые к внешним факторам способы получения наносе кун дных импульсов генерации, а стабильность пространственных характеристик излучения таких лазеров ваметно повышается при использовании телескопического резонатора вследствие селектирующего воздействия на поперечную.модовую структуру конфигурации резонатора, элемента управления и степени возбуждения активной среды. Возможности достижения требуемых временных и пространственных характеристик генерации твердотельных перестраиваемых лазеров с когерентной накачкой могут быть существенно расширены за счет принудительной модуляции добротности и использования специальных конфигураций резонатора.

4. Эффективность управления субнаносекундными импульсами генерации при активной синхронизации мод резонатора определяется преимущественно степенью воздействия на продольную модовую структуру спектрального селектора на основе эталона Фабри-Перо, глубины модуляции и уровня накачки лазера. Пригодным для реализации субнаносе-кундных импульсов генерации сочетанием оптико-физических свойств обладает также пассивный эатвор на основе стекла, легированного по-

лупроводниковыми соединениями CuInS2^-x^e2x-

5. Оптимизация ОЛС активно-пассивного типа и ее составных частей может быть осуществлена на основе анализа всех значимых компонент погрешности с учетом их пространственно-временной локализации. При этом оперативный учет регулярной рефракции атмосферы может быть осуществлен малопараметрическим методом, использующим минимальное число характеристик, регистрируемых в зоне размещения аппаратуры: температуру и давление воздуха, а также текущие нескорректированные значения дальности и угла места

Личный вклад соискателя. Содержание диссертации отражает личный вклад автора. Он заключается в формулировке вадач исследований, непосредственном участии в теоретических и экспериментальных исследованиях, анализе и интерпретации результатов.

Работа выполнялась в основном на базе ОАО "Пеленг" и Института физики им. R И. Степанова HAH Беларуси. Отдельные исследования проводились в других научных организациях Республики Беларусь, Российской Федерации и Украины. Творческий вклад соавторов отражен в примечаниях к тексту диссертации.

Апробация результатов диссертации. Основные результаты, изложенные в диссертации, докладывались и обсуждались на Республиканской научно-технической конференции "Проблемы создания и применения в народном хозяйстве лазерной и оптико-электронной техники" (Минск, 1982), Ш Всесоюзной конференции "Применение лазеров в технологии и системах передачи и обработки информации" (Таллин, 1987), Ш Всесоюзной школе по пикосекундной технике (Ереван, 1988), XX Всесоюзном съезде по спектроскопии (Киев, 1988), Расширенном заседании секции ГКНГ "Лазерные люминофоры" (Звенигород, 1988), X Всесоюзном симпозиуме по распространению лазерного излучения в атмосфере (Томск, 1989), IV Национальной конференции "Лазеры и их применение" (Пловдив, 1990), Международной конференции "Химия твердого тела" (Свердловск-Одесса, 1990), Vtn Ыэждународной конференции по тройным и многокомпонентным соединениям (Кишинев, 1990), VI и УП Всесоюзных конференциях "Оптика лазеров" (Ленинград, 1990, 1993), XIV Международной конференции по когерентной и нелинейной оптике (Ленинград, 1991), Республиканской конференции "Научное и аналитическое приборостроение" (Минск, 1995).

Опубликованность результатов. Основные материалы, представленные в диссертации, опубликованы в 33 статьях, 5 препринтах, 26 авторских свидетельствах и патентах на изобретения, 18 тезисах докла-

дов на конференциях.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит ив введени общей характеристики работы, девяти глав, выводов, списка использо ванных источников. Общий объем составляет 327 страниц, в том одел 94 рисунка и 19 таблиц. Библиография содержит 496 наименований.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИИ

Первая глава диссертации носит обзорно-аналитический характер. )на содержит сведения о состоянии и тенденциях развития современных >птико-локационных систем и их основных составных частей - активных лазерных) и пассивных оптических информационных каналов, способных »дновременно реализовать высококачественные изобразительные и прецизионные измерительные характеристики при наблюдении аэ родинами-юских и баллистических объектов. Отмечается принципиально важная да подобных ОЛС проблема оптимизации активного информационного ка-:ала, в особенности его главной компоненты - лазерного источника, бладаюцего необходимыми спектрально-энергетическими и пространст-енно-временными характеристиками излучения. В заключение главы ормулируются основные задачи диссертационной работы, состоящие в азработке физических аспектов функциональной адаптации источников злучения в составе ОЛС, исследовании и создании необходимой зле-ентной базы и схемных решений, отработке критериев и реализации ринципов оптимального комплексирования информационных каналов ОЛС учетом всех значимых компонент процесса наблюдения и измерения.

Вторая глава посвявдна изучению условий проховдения оптических зкационных сигналов через атмосферу, являющуюся основным каналом юпространения информационных световых потоков. Рассматриваются >а наиболее важных для ОЛС аспекта данной проблемы: влияние атмос-¡ры на точностные и энергетические параметры системы.

Достижение высоких точностных характеристик функционирования Ю сопряжено с необходимостью оперативного (в реальном масштабе >емени) учета рефракции световых лучей в атмосфере. При этом явле-е рефракции связано преимущественно с молекулярной компонентой здуха и определяется величиной показателя преломления, его вер-кальным градиентом и пространственно-временными флуктуациями. авными для ОЛС рассматриваемого класса являются два первых факто-: они обусловлены регулярной рефракцией атмосферы и сумственно азываюгся на точности измерения линейных и угловых координат объ-га

Принимая во внимание, что регулярная рефракция атмосферы носит ^тематический характер, она в принципе может быть учтена в рег-иьтаты измерений. Сложность задачи здесь состоит в необходимости фаботки простого, но достаточно точного метода, обеспечивающего

этот учет в темпе времени, близком к реальному.

Данная задача решалась с использованием дифференциального уравнения преломления света в неоднородной изотропной среде в геометрическом приближении плоской Земли. В итоге получены относительно несложные формулы для расчета линейной и угловой поправок в измеряемые (нескорректированные) значения соответственно дальности и угла места. В формулах используется единый набор всего лишь четырех параметров (давление и температура воздуха в зоне расположения локационной станции, а также измеренные значения угла места и дальности) , что значительно упрощает вычислительный процесс и позволяет классифицировать данный метод как малопараметрический. Его весьма высокая точность подтверждается сопоставлением с другими, многократно апробированными, но более громоздкими методами, а остаточная погрешность (0,3...0,4 м) удовлетворяет требованиям широкого класса ОЛС, обеспечивающих наблюдение ва аэродинамическими и баллистическими объектами. Метод допускает как использование универсальной вычислительной аппаратуры, так и создание в составе ОЛС специализированных микропроцессорных устройств.

Возможность реализации требуемых энергетических характеристик ОЛС, характеризующих ее вону действия, связана не только с молекулярной, но и с аэрозольной компонентами воздуха, определяющими величину пропускания атмосферы. Это обусловливает необходимость оптимального выбора для лоцирования как окна прозрачности атмосферы, так и рабочей длины волны ОЛС, а также устанавливает целесообразность смещения в более прозрачный для оптического излучения длинноволновый спектральный диапазон.

Выполненные в главе 2 исследования показали, что в ближней ПК области спектра (0,7...3,0 мкм) наиболее полно этим условиям удовлетворяют перестраиваемые источники лазерного излучения на основе кристаллов, активированных ионами Сг3+, Т13+, Сг*+, Л12+, Со24". При необходимости достижения весьма высоких энергетических характеристик целесообразным может оказаться также использование твердотельных лазеров на дискретных спектральных переходах, длины волн которых совпадают с окнами прозрачности атмосферы. Они могут быть реализованы с активными средами, содержащими генерирующие ионы Ег3+, Тт3\ Но3+.

Высокая динамика лоцируемых объектов в совокупности с требованиями к точности определения их параметров движения налагают дополнительные ограничения на лазерные источники в части временных режи-

нов генерации. Анализ задач, типичных для ОЛС рассматриваемого класса, показал, что наиболее оптимальным является импульсно-перио-дический режим генерации лазера при длительности генерируемых импульсов в наносекундном и субнаносекундном временных интервалах.

Материалы, представленные в третьей главе, связаны, с реализацией пригодных для ОЛС режимов генерации лазеров на дискретных переходах. В начале главы дан краткий обзор литературы по данному вопросу, из которого следует, что требуемые спектральные характеристики генерации могут быть получены путем селекции электронных переходов иона М5*", 411Э/2 41<5/2 иона Ег-3+ и 517~" 518 иона Но3+. Обсуждены проблемы выбора и оптимизации активных сред, содержащих данные ионы, а также достижения требуемых для ОЛС временных режимов генерации лазеров на их основе. В методической части главы изложена информация о применяемой в исследованиях нестандартной регистрирующей аппаратуре, в том числе созданных в процессе работы визуализаторах ИК излучения на основе антистоксовых люминофоров.

Поиск эффективных неодимсодержащих сред, генерирующих излучение с малораспространенной длиной волны 1,32 мкм, осуществлялся в двух направлениях: исследование генерационных характеристик новых активных элементов при использовании традиционных спектральных селекторов; реализация излучения с требуемым спектральным составом при помощи новых элементов управления в лазерах с достаточно распространенными активными средами. Первая ситуация реализовалась с сильно отличающимися по своим оптико-физическим характеристикам кристаллами ГАЛМ: и ГCГT.•Cгэ+-Nd3'," при использовании селективно отражающих веркал резонатора Выявлено заметное (на 30. ..40 X в случае двукратно активированной среды) повышение их эффективности генерации по сравнению с лазером на кристалле ИАГ: Ис13+. В процессе отработки второго направления исследований синтезировано новое селективно поглощающее стекло и на его основе создан управляющий оптический элемент (селектор-поляризатор), позволивший не только эффективно выделять излучение с требуемой длиной волны, но также управлять добротностью резонатора и очередностью генерации исследуемого (^3/2 и основного (А?$/2 ^ц/я) спектральных переходов неодимсодержащего лазера

Исследования лазеров импульсно-периодического действия с длиной волны генерации 1,54 мкм базировались на двукратно сенсибилизированных эрбийсодержащих стеклах. .Так, высокоэффективный источник

излучения был реализован на основе нового стекла марки ЛГС-Х, содержащего в качестве соактиваторов ионы Сг и УЬ3+. Основными достоинствами такого стекла являются: широкий спектр поглощения, обеспечивающий высокую степень утилизации излучения накачки; пониженный обратный перенос энергии от иттербия к хрому при значительной концентрации последнего; высокие прочностные характеристики, достигаемые специальной обработкой активного элемента. Это позволило существенно снизить порог и увеличить частоту следования импульсов генерации. В частности, средняя мощность излучения составила 0,7 Вт при энергии накачки не более 20 Дж в импульсе. Достигнутая периодичность генерации (7 Гц) в 9 раз выше, чем в лазере с известным стеклом КГСС-0135/1. Наиболее приемлемые для ОЛС характеристики лазерных импульсов (энергия Б... 10 мДж, длительность около 50 не) получены при электрооптическом управлении добротностью резонатора

Дальнейшее повышение частоты следования импульсов эрбийсодер-жащего лазера оказалось возможным путем перехода к неодим-иттербий-эрбиевому стеклу ЛГС-Н, обеспечивающему снижение тепловой нагрузки на активный элемент за счет более высокой эффективности переноса энергии возбуждения в системе УЬ3* и уменьшения величины

стоксовых потерь. Однако менее развитый, чем у Сг3+, спектр поглощения иона Мс13+ вызывал снижение КПД генерации с 0,17 до 0,12 X .

В качестве альтернативного источника излучения, обеспечивающего максимально высокую частоту следования импульсов, изучен твердотельный ВКР-преобразователь, возбуждаемый неодимсодержащим лазером импульсно-периодического действия (1,32 мкм). Нелинейным элементом здесь служил кристалл Ва(Н03)2 , выдерживающий значительные тепловые и лучевые нагрузки. Полученный сквозной КЦД преобразования составил 0,05 X, а частота повторения ограничивалась лишь возможностями возбуждающего лазера Данный источник является хорошим дополненйем к лазерам на эрбийсодержащих стеклах.

Проблема реализации требуемых для ОЛС режимов генерации в лазерах на основе гольмийсодержащих кристаллов (длина волны излучения 2,09 мкм) заключалась преимущественно в установлении оптимальных составов активных сред. Исследования показали, что трехкаскадная схема возбуждения Сг3+ -*■ Тт3+ Но3+ наиболее эффективна при концентрации Тт3+ от 4,1-Ю20 до 8,3-Ю20 см"3. Достигнутый КПД генерации с кристаллом ИАГ составил 0,6 X при частоте следования импульсов порядка 10 Гц. Вариация концентрации Тш5+" в указанном диапазоне в сторону уменьшения способствует росту частоты до 15...20

Гц при соответствующем снижении эффективности лазера Сопоставление генерационных характеристик двух наиболее перспективных по совокупности параметров гольмийсодержащих кристаллов ИАГ: Сг^-Тт^-Но3'*' и ИСГГ: Сг3*"-Тт3+-Но3+ продемонстрировало преимущество первого ив них. Оно обусловлено более сильным влиянием термических факторов на матрицу ИСГГ, что проявляется в виде значительной температурной зависимости коэффициента усиления, вьвываюсей снижение энергспереноса к верхнему лазерному уровню, а также термоиндуцированной рефракции в активном элементе. Особенностью режима модуляции добротности резонатора гольмийсодержащего лазера является существенное влияние на форму импульса генерации однородности возбуждения активного элемента и скорости включения активных потерь. Механизм этого влияния состоит в их воздействии на поперечную модовую структуру генерируемого излучения.

Задачи оперативного управления длиной волны генерации в твердотельных перестраиваемых лазерах импульсно-периодического действия и реализации требуемой для ОЛС пространственно-временной структуры излучения решались в четвертой главе диссертации. Исследования выполнялись с лазерами на основе А1203: Т13+ (сапфир с титаном) и Мег^Ш^: (форстерит) при когерентном возбуждении излучением соответственно второй (0,532 нм) и первой (1,064 мкм) гармоник нео-димсодержащего лазера

Специфика селекции излучения подобных лазеров связана с весьма широким диапазоном перестройки. При этом селектирующие устройства, способные охватить с приемлемым разрешением весь спектральный диапазон, не обладают достаточным быстродействием, в то время как высокоскоростные селекторы обеспечивают перестройку в относительно узком интервале спектра Проведенные экспериментальные исследования показали, что приемлемая для ОЛС динамика перестройки лазеров на ионных кристаллах достигается сочетанием двух типов спектральных селекторов: электромеханического и акустоопткческого. Они позволяют также реализовать оптимальную (порядка 1 нм) спектральную полосу генерации.

Отличительной чертой исследований лазеров на сапфире с титаном стал поиск требуемых для ОЛС временных режимов генерации в условиях существенной вариации силовых (термических и световых) нагрузок на активный элемент, характерных для источников импульсно-периодического действия. Расчеты эффективности генерации показали, что в лазерах данного типа может быть обеспечено оптимальное соотношение

уровня возбуждения и величины неактивных потерь. Оно реализуется с активными элементами среднего оптического качества, поглощающими 80... 90 X энергии' накачки при ее плотности в пределах 1... 4 Дж/см2. Предельный расчетный КПД преобразования при выбранной схеме накачки составляет 43 X .

Экспериментальные исследования в целом подтвердили результаты расчетов. При этом выявлен оптимальный диапазон длительности возбуждающих импульсов (20. ..100 не), в котором реализуется требуемая для ОЛС одноимпульсная генерация перестраиваемого лазера Существенное расширение условий существования такого режима возможно еа счет принудительной модуляции добротности резонатора, что показано в экспериментах с электрооптическим ватвором. При использовании системы связанных резонаторов реализован цуг субнаносекундных импульсов генерации, возбуждаемый гладким единичным импульсом наносекунд-ной длительности. В основе его генерации лежат физические механизмы, обусловленные инжекцией затравочного импульса в резонатор и влияющие на соотношение коэффициентов усиления и потерь с учетом их временных характеристик. Наращивание энергии генерации лазера на основе А120а:Т184- целесообразно осуществлять в условиях ОЛС с помощью регенеративного каскада усиления. При этом одновременно достигается существенное расширение диапазона спектральной перестройки лазера

Источник излучения на основе форстерита • обеспечивает Солее длинноволновую, чем А1203:Т13+, спектральную полосу генерации. Решаемая в главе 4 задача связана с исследованием его предельных характеристик и оценкой возможности использования в составе ОЛС. Установлено, что лазер на кристалле Ме^Ю^: СгА+ весьма чувствителен к степени возбуждения и уровню неактивных потерь. Это накладывает достаточно жесткие условия на качество не только активного элемента, но и спектрального селектора Предельное вначение КПД преобразования оценено величиной 9,5... 10 X и подтверждено экспериментально. Оптимальная плотность энергии возбуждения составляет 1... 2 Дж/см2; ее превышение вывывает формирование в кристалле дополнительных неактивных потерь за счет наведенного поглощения. Длительность импульсов генерации существенно зависела от длины волны излучения и находилась в пределах 6.. .30 не. В максимуме перестроечной кривой (1,23 мкм) она была равной 8... 10 не. Пэ результатам лабораторных исследований совдан полностью твердотельный лазер на форстерите, возбуждаемый излучением ИАГ: М4* со светодиодной накачкой. Его основные характеристики коррелируют с расчетными и экспериментальными

данными и перспективны для реализации ОЛС.

Глава 5 содержит результаты изучения оптимальных для ОЛС методов и средств достижения требуемых временных характеристик излучения наносекундного масштаба длительности. Рассмотрены два класса твердотельных устройств управления: активных электрооптических и пассивных на основе фототропных кристаллов.

Характерные для электрооптики высокие управляющие напряжения и проблемы их коммутации, а также лежащая в основе функционирования зависимость от поляризации излучения существенно затрудняют практическое применение таких затворов. В диссертационной работе предложены и исследованы новые типы электрооптических затворов, в значительной мере свободные от указанных недостатков. Так, высокоэффективный низковольтный затвор представляет собой многоэлементную оптическую структуру, состоящую из четного числа кристаллов ОКОР г-среза, обладающих продольным электрооптическим эффектом. Каждый последующий кристалл пакета повернут относительно предыдущего на 90 угл. град вокруг общей оптической оси, а управляющие электрические поля, действующие на соседние кристаллы, взаимно противоположны. В затворе для неполяризованного излучения используется двухэлементный переключатель плоскостей поляризации, представляющий собой комбинацию четвертьволновых электрооптических модуляторов, и поляризатор на основе двуосного кристалла, обеспечивающего коническую рефракцию лазерного излучения. Эксперименты с неодимсодержащим лазером продемонстрировали устойчивую работу обоих затворов в импульсно-периодическом режиме. Управляющее напряжение четырехэлементного затвора составило не более 900 В, восьмиэлеиентного - около 500 В. При этом надежно обеспечивалась длительность импульсов генерации 10... 15 не с фронтом 3... 5 не. Близкие параметры генерации получены также с затвором для неполяризованного излучения.

Для реализации более коротких импульсов наносекундного масштаба длительности (0,5...5 не) использовался метод разгрузки резонатора лазера. Основной проблемой здесь является скоростная коммутация высоких напряжений, формирующих на электрооптическом модуляторе управляющий импульс минимальной длительности. Ее решение обеспечивает получение световых импульсов, длительность которых сопоставима с аксиальным периодом резонатора. Полученные на основе данного метода экспериментальные значения длительности составили около 2,5 не при расчетном значении 3,1 не. Достигнутая мощность излучения более чем в 4 раза превышала аналогичный параметр для лазера с модуляцией

добротности резонатора при том же уровне накачки.

Исследования перспективных для ОЛС пассивных методов управления добротностью резонатора лазера базировались на нелинейно просветляющихся кристаллах LiF: FJ и ГСГГ:СИ+. Выбор данных элементов был обусловлен как их новизной, так и высокой стойкостью к внешним воздействиям. В связи с имевшей место неоднозначной интерпретацией природы фототропных оптических центров в хромсодержащих кристаллах, в диссертационной работе методом кластерного моделирования были выполнены расчеты энергетических состояний ряда ионов хрома, находящихся в кристаллической матрице типа граната. Сопоставление результатов расчетов с экспериментальными данными показало, что нелинейные свойства подобного затвора обусловлены находящимися в тетраэд-рических позициях кристаллической решетки ионами Cr** при варядовой компенсации примесными ионами Са2+. Сравнительные исследования обоих затворов позволили установить, что по ряду характеристик (параметр просветления, время релаксации просветленного состояния, .эффективность генерации содержащего затвор лазера) кристалл ГСГГ: Сг4+ уступает пассивному элементу из LlFtF^. Однако стойкость его к внешним термическим воздействиям весьма высока вариация температуры хромсодержащего кристалла в диапазоне 20. ..150 "С вызывала монотонное снижение КЦД генерации не более чем на 20 Z при полном восстановлении генерационных параметров после охлаждения. Для использования в составе ОЛС по совокупности параметров рекомендован пассивный затвор на основе LlF: FJ.

Глава 6 посвящена исследованию условий формирования пространственных характеристик лазерного излучения наносекундного масштаба длительности. В начале ее излагаются применяемые экспериментальные методы и представлена структурная схема созданного универсального' стенда, обеспечивающего изучение стабильности параметров генерации. Количественная оценка выявляемых статистических закономерностей осуществляется с использованием коэффициентов вариации ряда энергетических параметров: величины и плотности световой энергии, а также интенсивности генерируемого излучения.

В основу формирования требуемых пространственных характеристик лазерного излучения положены методы, базирующиеся на управлении мо-довой структурой резонатора Необходимая для ОЛС степень стабильности параметров генерации может быть достигнута путем селекции низшей по потерям поперечной моды резонатора Для ее реализации требуется учет термоиндуцированных рефракционных искажений резона-

тора, а при электрооптическом управлении добротностью - такле фазовой анизотропии активного элемента. Проблема существенно обостряется в импульсно-периодическом режиме генерации, который характеризуется сильной нестабильностью температурных полей, формирующихся в элементах резонатора.

Экспериментальные исследования показали, что в случае активной модуляции добротности резонатора приемлемая стабильность генерации достигается при поляризационном выводе излучения. Это побудило использовать данный метод управления в лазере с неустойчивым телескопическим резонатором, обеспечивающим эффективную селекцию поперечных мод. В главе представлены разработанные алгоритмы расчета характеристик таких резонаторов для случаев не только активной, но и пассивной модуляции добротности; их достоверность подтверждена экспериментально. Стабильность энергии генерации лазера с электрооптическим управлением составила 96,5 X , при этом величина энергии была в 1,5...2 раза выше, чем с эквивалентным по конфигурации плоскопараллельным резонатором, содержащим телескопический селектор мод. Для лазера с телескопическим резонатором, обеспечивающим дифракционный вывод излучения, при пассивной модуляции добротности и вариации частоты следования импульсов в диапазоне 12,5...50 Гц реализована стабильная расходимость излучения, равная 0,45... 0,55 мрад; это на порядок лучше, чем с плоскопараллельным резонатором устойчивого типа Снижение расходимости излучения сопровождалось также существенным (в 2,5 раза) сокращением длительности импульсов генерации при относительно небольшом (около 20 X) уменьшении энергии.

Комплекс выполненных исследований позволил установить, что формирование требуемых пространственных характеристик лазерного излучения определяется совместным селектирующим действием резонатора и затвора, а также уровнем возбуждения активной среды. При этом степень стабильности генерационных параметров коррелирует с модовой структурой светового пучка Совокупность полученных результатов дала возможность выяснить физический механизм стабилизации параметров излучения в случае как устойчивой, так и неустойчивой конфигурации резонатора при активной и пассивной модуляции его добротности.

Так, при использовании устойчивого плоскопараллельного резонатора и свободном режиме генерации лазера весьма высокая стабильность пространственных характеристик излучения обусловливается развитой структурой поперечных мод. Размещение в таком резонаторе пассивного затвора с относительно высоким начальным пропусканием вызы-

вает подавление мод высших порядков. При этом лазерное излучение подвергается заметному пространственно-временному структурированию, проявляющемуся как рост нестабильности генерации.

Снижение начального пропускания затвора приводит к дальнейшей селекции поперечных мод, а сопутствующий ему рост энергии возбуждения способствует сокращению стадии развития импульса генерации. Следствием этого является сохранение в резонаторе ограниченного числа мод с близким уровнем потерь, что заметно стабилизирует параметры генерации. Максимальная стабильность излучения соответствует случаю активного затвора, при котором стадия развития импульса генерации минимальна

При переходе к резонатору неустойчивого типа степень селекции становится столь высокой, что генерация осуществляется на одной поперечной моде. Тем самым обеспечивается наибольший уровень стабильности основных характеристик лазерного излучения в режиме пассивной модуляции добротности. С диаметром данной моды во многом связана также энергетическая эффективность лазера при вовлечении в процесс генерации максимального объема активного элемента она весьма велика, что и наблюдалось в экспериментах.

Задача получения управляемых импульсов генерации субнаносекун-дной длительности решалась в главе 7. Использовались методы активной и пассивной синхронизации продольных мод резонатора, адаптиро-рованные к условиям пршсгического применения лазерных источников в составе ОДО.

Для реализации режима активной синхронизации мод лазеров им-пудьсно-периодического действия использовались эдектрооптические модуляторы, управляемые пакетами радиоимпульсов с частотой 100 МГц, длительностью 5... 10 мкс и амплитудой 1... 8 кВ. Модуляция добротности резонатора субнаносекундного лазера также осуществлялась электрооптическим методом. Спектральная селекция излучения обеспечивалась с помощью эталонов Фабри-Перо. Экспериментальные исследования показали, что управление характеристиками импульсов генерации за счет вариации частоты модулирующего сигнала (базы резонатора) весьма трудоемко, а коэффициента усиления (уровня возбуждения) -малорезультативно. Более практичным в условиях ОЛС методом регулировки является изменение параметра модуляции (амплитуды высокочастотного импульса) и в особенности ширины спектральной полосы генерации. Полученный диапазон изменения длительности импульсов составил 0,5...1,2 не, а нестабильность их энергии не превысила 3. ..4 X.

Требуемые параметры генерации достигаются взаимосогласованным выбором спектрального селектора, амплитуды модулирующего напряжения и частично энергии возбуждения.

Пассивная синхронизация продольных мод резонатора осуществлялась в наиболее стабильном двухпороговом режиме генерации, который характеризуется близкими значениями времени насыщения активной и пассивной лазерных сред. Основная задача данных исследований состояла в поиске пассивных затворов, удовлетворяющих как генерационным, так и эксплуатационным требованиям, предъявляемым к лазеру для ОЛС. Важную роль в реализации субнаносекундных импульсов генерации играют начальное пропускание, интенсивность насыщения поглощения и время релаксации просветленного состояния затвора, а также пиковая интенсивность генерируемых импульсов, спектральная полоса и коэффициент усиления лазера.

Предварительные эксперименты с лазерами на основе кристаллов ИЛГ:№15+, БЕЛ: и ГСГГ:Сг3н"-Ис53+, существенно отличающихся своими оптико-физическими характеристиками, и растворов органических соединений в качестве пассивных элементов продемонстрировали заметную зависимость параметров излучения от сочетания данных сред в резонаторе. Выявленные основные закономерности генерации дали возможность перейти к более перспективным для ОЛС твердотельным лазерным затворам на основе красителей, внедренных в полимерные матрицы. Использовались синтезированные в процессе работы силиконовые пленки, содержащие краситель 3274 и обладающие начальным пропусканием в диапазоне 0,11...0,75. Шлученные с их помощью в лазера на основе ИАГ: параметры генерации составили: длительность импульсов 27 пс; средняя энергия 0,4...0,5 ыДж. Однако стабильность цугов субнаносекундных импульсов, связанная как с величиной начального пропускания, так и с деградацией пленочных затворов в процессе работы, не превышала 85 X . Установлено, что основной причиной деградации этих затворов при импульсно-периодическом режиме генерации лазера является температурное воздействие поглощенного лазерного излучения на молекулы красителя (термический распад), в то время как фотохимическая стойкость пленки достаточна высока

Изложенные результаты экспериментов стимулировали дальнейший поиск пассивных лазерных элементов среди наиболее стойких к внешним воздействиям кристаллических сред. Однако как с ГСГГ: так и с ЫГ-.р2 стабильный двухпороговый режим генерации реализовать не удалось в силу большой инерционности обоих затворов. Изучение же нели-

нейных свойств полупроводниковых кристаллов показало, что при легировании ими стеклянных матриц возможно достижение сбалансированной совокупности характеристик, обеспечивающей решение поставленной задачи. Синтезированные на основе силикатных стекол, легированных полупроводниковыми соединениями типа CuInS2(^_x-)Se2x. пассивные среды целиком подтвердили результаты данных исследований. Полученные затворы сочетают в себе быстродействие органических красителей и стойкость к внешним воздействиям, присущую твердотельным средам. С их помощью в неодимсодержащем лазере получена устойчивая генерация цугов из 20. ..25 импульсов длительностью около 0,2 не при огибающей цуга, равной 150... 200 не.

В заключение главы рассмотрены некоторые методы стабилизации цуга субнаносекундных импульсов, способствующие также улучшению стабильности генерации единичных импульсов. Один из них основан на введении активной отрицательной обратной связи в резонатор лазера с активной синхронизацией мод. Обратная связь обеспечивалось с помощью фотодиода, управляющего напряжением на модуляторе добротности резонатора. Реализуемая при этом большая (около 15 мке) ' продолжительность линейного этапа генерации приводила к установлению параметров излучения, близких с стационарным. Достигнутая стабильность цугов составляла не менее 97 X . Второй метод базируется на усилении и выводе из резонатора лишь единичного субнаносекундного импульса. Это обеспечивается с помощью быстродействующего электрооптического затвора, жестко синхронизованного по времени обхода и числу обходов резонатора световым импульсом. Здесь существенно возрастает также энергия импульса генерации: в экспериментах она составляла до 7С/... 80 X от энергии цуга.

В главе 8 излагаются материалы, касающиеся проблемы повышения энергетической эффективности твердотельных лазеров импульсно-периодического действия в составе ОЛС. Исследовались два основных направления энергетического масштабирования генерируемого излучения: повышение эффективности возбуждения за счет управляемой спектральной селекции излучения накачки и наращивание энергетического потенциала путем оптимизации оптических усилительных структур. Так, заметная эффективность люминесцентной трансформации излучения лампы накачки в область полос поглощения трехвалентного иона неодима с помощью стекла, легированного Еи2+, была подтверждена по отношению к несенсибилизированному активному элементу. Это связано не только с достаточно высоким квантовым выходом, но и приемлемой кинетикой

люминесценции данного стекла, обеспечивающей протекание процесса светотрансформации в требуемом масштабе времени. В случае сенсибилизированных (двукратно активированных) неодимсодержащих сред более значимыми являются фильтрующие качества легированных стекол.

Наиболее адаптированными по спектрально-люминесцентным характеристикам к неодимсодержащим средам оказались катодолюминесцентные источники накачки. Полупроводниковые мишени возбуждались электронным пучком, обеспечивающим энергию 0,2 МэВ при длительности импульса 1,5 не. В зависимости от типа и состава полупроводника, способа его обработки и уровня возбуждения в диссертационной работе реали-ваны достаточно мощные перестраиваемые в спектральном диапазоне 472... 893 нм световые потоки с шириной полосы катодолюминесценции 4... 10 нм. Это обеспечивает высокую степень их перекрытия с полосами поглощения ряда активных элементов. Эксперименты с лазерами на основе ИАГ-'М3"1" и КГБ: Мс1ь+ при накачке излучением, обладающим спектральными полосами 530 нм (Сей) и 590 нм (Сс£0 652е0;з5), продемонстрировали достаточно высокую эффективность генерации. Это позволяет реализовать в составе ОЛС полностью твердотельный неодимсодержалшй лазер с электронным возбуждением, стойкий к воздействию неблагоприятных внешних факторов.

Исследования оптимальных для импульсов наносекундной и субна-носекундной длительности вариантов энергетического масштабирования лазерного излучения в составе ОЛС показали перспективность использования для этих целей одно-двухкаскадных однопроходовых усилительных структур. Так, при длительности исходного импульса 7... 8 не с их помощью была получена устойчивая генерация неодимсодержащего лазера с энергией до 1,25 Дх в импульсе и частотой повторения 10 Гц. Достигнутый коэффициент усиления составил более 20 при сквозном КЦЦ генерации, равном 0,6 X . Временные характеристики излучения сохранялись полностью. Ограничивающими факторами эдесь являлись только лучевая прочность оптических элементов и пробой воздуха Для импульсов длительностью 0,2 не реализованная интенсивность генерации (более 1,5 ГВг/см2) в большинстве случаев превышала'предел лучевой прочности используемых оптических материалов. По этой причине для подобных лазеров может быть рекомендован многопроходовый регенеративный усилитель, отличающийся более щадящим режимом работы. Путем модификации данного усилителя реализован также цуг равновеликих эквидистантных импульсов, представляющий практический интерес не только по причине высокой стабильности генерируемого им излучения.

но и как самостоятельный источник излучения, способствующий существенному повышению точностных характеристик ОЛС 8а счет специальной обработки локационных сигналов.

Глава 9 посвящена комплексному, с использованием всех предыдущих результатов диссертационной работы, исследованию путей оптимизации ОЛС активно-пассивного типа на основе учета всех значимых компонент процесса наблюдения и измерения (аппаратуры, включая источник лазерного излучения, атмосферы как среды распространения информационных световых потоков, пространственного расположения лоци-руемого объекта). В ней изложены основные характеристики созданных конкретных лазерных источников, пригодных для использования в составе ОЛС. Приводится функциональное описание лазерного дальномет-рического канала, допускающего комплексирование в информационные системы рассматриваемого типа, а также обсуждаются результаты его натурных исследований и метрологической аттестации. Реализованные параметры дальномера составили: дальность действия свыше 30 км; погрешность единичного измерения 0,6 м; частота обновления информации 1... 25 Гц.

Представлена базовая структура оптимизированной ОЛС, формируемой активным и пассивным информационными каналами и обеспечивающей качественные изобразительные и прецизионные измерительные характеристики наблюдаемых объектов. В заключительной части главы изучены особенности взаимной адаптации информационных каналов в составе ОЛС. Для этого предложен и апробирован критерий их оптимального комплек-сирования, требующий равенства погрешностей, реализуемых отдельными каналами, в пространстве измерений. В результате расчетов выявлены преимущества гакой ОЛС перед измерительно-наблюдательными системами традиционного типа как по пространственной зоне обслуживания (в 1,5...2 раза), так и по аппаратурным затратам на ее создание.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В результате выполненной работы выяснены оптимальные спектрально-энергетические и пространственно-временные характеристики генерируемых световых потоков и изучены основные закономерности их формирования, создана и исследована элементная база и реализованы конкретные образцы лазерных источников и информационные каналы на их основе для перспективных ОЛС активно-пассивного типа. Основные выводы по работе состоят в следующем:

1. На основе комплексного анализа параметров реальной атмосферы и с учетом характерных трасс оптического лоцирования определены типы источников лазерного излучения и режимы их функционирования, пригодные для использования в составе ОЛС. . Показано, что наиболее оптимальной совокупностью параметров обладают перестраиваемые лазеры на основе кристаллов с Сг3+, Т13+, СИ+, Ш24", Со2+, а также лазеры с дискретными длинами волн, содержащие генерирующие ионы Ыс13+, Ег3+, Тш3+, Но3+ [2, 423.

2. Установлено, что оптимальным для ОЛС способом спектральной селекции излучения твердотельных лазеров на дискретных переходах является использование селективно поглощающих (отражающих) оптических элементов и смена активной среды, в то время как управление спектром генерации перестраиваемых лазеров целесообразно осуществлять путем сочетания электромеханических и акустооптических дисперсионных элементов. Предложено и реализовано новое устройство спектральной селекции излучения неодимсодержащих лазеров, базирующееся на селективно поглощающем иттербий-эрбиевом стекле и обеспечивающее поочередную или одновременную генерацию света с длинами волн 1,06 и 1,32 мкм. На примере лазеров, содержащих новые кристаллы ГАЖИс!3* или ГСГГ: Сг3+-№<13+, продемонстрирована возможность повышения эффективности генерации за счет вариации структуры и состава активной среды на спектральном переходе — "^л/г» пригодном для окна прозрачности атмосферы 1,2...1,4 мкм С2, 43].

3. На основе нового генерирующего хром-иттербий-эрбиевого стекла ЛГС-Х и кристалла ИАГ: Сг3+-Тт3*-Но3+ впервые реализованы перспективные для окон прозрачности атмосферы 1,5. ..1,8 и 2,0. ..2,4 мкм высокочастотные лазеры импульсно-периодического действия с длинами волн излучения соответственно 1,54 и 2,09 мкм. Цри этом в случае эрбийсодержащего лазера достигнуты рекордно низкие пороги генерации

5... 15 Дж и относительно высокие частоты следования импульсов 5... 7 Гц. а также показана возможность дальнейшего наращивания частоты путем применения неодим-иттербий-эрбиевого стекла ЛГС-Н, либо ВКР-преобразователя на основе кристалла Ва(М03)2, возбуждаемого излучением неодимсодержащего лазера с длиной волны 1,32 мкм. Для гольмий-содержащего лазера осуществлена оптимизация концентрационного состава активной среды, продемонстрированы ее генерационные преимущества перед другими гольмийсодержащими материалами и установлено доминирующее влияние на эффективность генерации температурной зависимости коэффициента усиления С 2, 13, 18-20, 32, 361.

4. Впервые показана возможность расширения условий существования одноимпульсной генерации перестраиваемого лазера на основе А1203:Т13+, возбуждаемого излучением с длиной волны 0,53 мкм, ва счет принудительной модуляции добротности резонатора электрооптическим методом. Ц?и этом выявлены ограничения в получении одноимпуль-сного режима наносекундного масштаба длительности, обусловленные продолжительностью и уровнем возбуждения, а также предложен и реализован новый метод генерации цуга субнаносекундных импульсов при накачке перестраиваемого лазера бесструктурным импульсом наносекун-дной длительности и отсутствии в его резонаторе модулирующих элементов. Впервые реализован полностью твердотельный перестраиваемый лазер на основе М^БЮ^Сг**, возбуждаемый неодимсодержащим источником со светодиодной накачкой и длиной волны излучения 1,06 мкм. Расчетным и экспериментальным путем показано, что достигнутая э<1>-фективность преобразования (9,5. .ЛОХ) близка к предельной для данной спектральной схемы возбуждения [2, 14, 15, 21, 22, 25, 33, 43, 44, 46].

5. Впервые созданы высокоэффективные электрооптические устройства, обеспечивающие низковольтное управление плоскополяризованными сотовыми волнами, либо модуляцию неполяризованных световых потоков: они представляют собой многоэлементные электрооптические структуры в сочетании с традиционными поляризаторами излучения или поляризующими кристаллами, вызывающими коническую рефракцию световой волны. Экспериментально отработаны режимы активной модуляции добротности и разгрузки резонатора неодимсодержащих лазеров импуль-сно-периодического действия, что обеспечило надежную генерацию импульсов излучения с длительностью в диапазоне 2,5...15 не. Впервые методом кластерного моделирования подтвержден механизм формирования фототропных центров в хромсодержащих кристаллах, перспективных для

использования в качестве пассивных лазерных затворов, за счет нахождения ионов СИ+ в тетраэдрических по кислороду позициях при зарядовой компенсации ионами Са2*. Экспериментально сопоставлены параметры просветления кристаллов LiF с F2 центрами окраски и ГСП. активированного Сг/|+, и даны рекомендации по их практическому применению в составе лазерных источников излучения для 0JK3 С9, 10, 16, 23, 26, 27, 35, 38].

6. Выяснен механизм стабилизации генерационных параметров лазеров импульсно-периодического действия, базирующийся на совокупном селектирующем воздействии на поперечную модовую структуру конфигурации резонатора, типа затвора и уровня возбуждения активного элемента. Показана перспективность использования в составе 0JK! лазеров с неустойчивым телескопическим резонатором, отработаны методы расчета такого резонатора при активной и пассивной модуляции его добротности для случаев соответственно поляризационного и дифракционного вывода излучения. Достигнута устойчивая генерация световых пучков с расходимостью порядка 0,5 мрад при импульсно-периодическом режиме без использования дополнительных оптических коллимирующих устройств Cl, 5, 10].

7. Впервые показана возможность значительного улучшения стабильности цугов субнаносекундных импульсов, реализуемых в режиме активной синхронизации продольных мод резонатора, путем использования активной отрицательной обратной связи. В случае электрооптической синхронизации мод, при управляющем воздействии на спектральную ширину полосы генерации эталонов Фабри-Перо, вариации модулирующего напряжения и частично энергии возбуждения лазера получены пригодные для ОJE субнаяосекундные импульсы с регулируемой в диапазоне 0,5... 1,2 не длительностью. Реализован обеспечивающий существенный рост энергии субнаносекундного импульса относительно энергии цуга способ получения единичного импульса путем его вывода непосредственно иэ резонатора лазера Впервые предложен и реализован новый тип твердотельного пассивного затвора на основе полупроводникового соединения CuInS2(1_X)Seax в стеклянной матрице, пригодный для' синхронизации мод резонатора неодимсодержащих лазеров. Затвор обладает порогом просветления и быстродействием, сопоставимыми с аналогичными параметрами красителей в полимерных матрицах, и мокэт бьггь использован в жестких условиях эксплуатации, характерных для OJïC. Экспериментально показано, что весьма перспективной для режима синхронизации мод является новая активная среда БЕЛ Nd3*, обладающая рекордно вы-

сокой лучевой прочностью (до 20 ГВг/см2) Сб-8, 11, 12, 24, 28, 29, 31, 39, 40, 41].

8. Впервые на примере лазеров, содержащих генерирующие кристаллы ИАГ: Ыс1или КГБ: Ис1а+, показано, что катодолюминесцентные источники накачки обладают максимально гибкими возможностями управления эффективностью возбуждения в лазерах импульсно-периодического действия с несенсибилизированныы яеодимсодержащим активным элементом, что обусловлено спектральной шириной их свечения, сопоставимой с полосами поглощения активного элемента. Исследованы пригодные для ОЛС схемы управляемого энергетического масштабирования лазерного излучения различной длительности: для импульсов наносекундного диапазона это обеспечивается применением одно-двухкаскадных оптических усилительных структур, причем главным ограничением величины реализуемых световых потоков является лучевая прочность используемых оптических материалов; в случае импульсов субнаносекундной длительности целесообразным может быть также усилитель регенеративного типа Предложен модифицированный вариант регенеративного усилителя, обеспечивающий получение цуга равновеликих эквидистантных импульсов, перспективного для повышения как энергетических, так и точностных характеристик ОЛС С 4, 10, 30, 37].

9. Реализован ряд лазерных излучателей для ОЛС, обеспечивающих надежное функционирование в широком диапазоне внешних климатических и механических воздействий. Излучатели прошли конструкторско-техно-логическую отработку в условиях экспериментального, опытного и серийного производства БелОМО и использованы в составе разработок ОАО "Пеленг". Создан первый отечественный специализированный лазерный дальномер для лоцирования аэродинамических и баллистических объектов, снабженных ретроотражателями, на расстояниях свыше 30 км при разрешающей способности по дальности 0,5 м, суммарной случайной по-гпешности измерений 0,6 м и частоте обновления информации 25 Гц. Предложена базовая структура видеоизмерительной ОЛС активно-пассивного типа, обеспечивающей получение в реальном времени высококачественной изобразительной и прецизионной измерительной информации о лоцируемом объекте. Основные результаты системных разработок применены в ряде изделий ОАО "Пеленг" и БелОЫО [5, 10, 47].

10. Предложена методика оценки метрологических характеристик оптико-локационных систем активно-пассивного типа, которая может быть эффективно использована также для решения обратной задачи: оптимизации комплексирования информационных каналов и их составных

частей на стадии проектирования. При этом с целью оперативного учета регулярной рефракции атмосферы разработан малопараметрический метод, допускающий в темпе времени, близком к реальному, расчет систематических поправок в определяемые измерительно-наблюдательным комплексом характеристики движения лоцируемого объекта. Метод использует минимальное число параметров, регистрируемых в зоне размещения (Ж: температуру и давление воздуха, а такяе текущие нескорректированные значения дальности и угла места. Предложен вариант аппаратно-программной реализации данного метода СЗ, 17, 34, 41].

СПИСОК ОПУБЛИКОВАННЫХ РАБОТ

1. Пространственно-временная стабильность энергии излучения лазера на AJíT:Nd3+ с затвором, из LlF:F¡ / ЕЕ Ракуш, А. М. Самсон, А. А. Став ров, А. П. Шкадаревич. -Мн. , 1986. -22с. -( Препринт/АН БССР. Институт физики; N 448).

2. Ставров А. А. Твердотельные лазеры импульсно-периодического действия для дистанционного зондирования в ближней ПК области спектра. -Мн. ,1998. -60с. -(Препринт / НАН Беларуси, Институт молекулярной и атомной физики; N 7).

3. Ставров А. А. Петрологические особенности оптико-локационных систем с лазерным информационным каналом.-Ын.-1998. ,18с.-(Препринт/ Белгосуниверситет; N 1).

4. Твердотельные люминесцирующие светофильтры для неодимовых лазеров / ЕЕ Вереник, В. Г. Коптев, Т. И. Развина, tí Б. Ржевский, А. А. Ставров. Г. П. Старостина// Журнал прикладной спектроскопии.-1984. -Т. 41, R 1. -С. 43-48.

5. Ракуш Е Е , Ставров А. А. Импульсно-периодический АИГ: Nd3+-ладер, о неустойчивым резонатором и пассивным эатвором на кристалле UF о r¿ центрами окраски// журнал прикладной спектроскопии. -1985. -Т. 48, N 906-910.

6. Недельные параметры ультракоротких импульсов в лазере на бериллзде- ладгана / М. И. Демчук, Е П. Михайлов, А. К. Гилев, А. П. Шкадаревич., к.Счалов,, Д. Е Ковалев // Квантовая электроника.-1985.-Т. 12. S t304Hi3q7,

7: t.uniting parameters of ultrashort pulses from Nd-doped lan-thanumrbe.çyll'ite laser / M. I. Demchouk, V. P. Mikhallov, A. K. Gilev. A. P. ShkadjaEWch,. A,A.Stavrov, D. V. Kovalev //Opt. Quant. Electron.-1985.-Voi,t7',, bfc Çt..287-290.

8. La&fcisrç? of ultrashort pulses by a Nd.Cr-doped Gadolinium-ScandlumrGaJiUum. Garnet Laser / M. I. Deitchouk, A. K. Gilev, A. M. Zabaz-nov, V. P. Mikhallov, A. A. Stavrov, A. P. Shkadarevtch // Opt. Commun. -1985.-Vol.55, N 3. - P. 207-209.

9. Генерация коротких световых импульсов лазером с быстро изменяемой добротностью резонатора / Е А. Запорожченко, А. Е Качинский, ЕЕ Ракуш, А. А. Ставров, Н. А. Тылец // Приборы и техника эксперимента. -1986.-N 3.-С. 180-182.

10. Мэщная лазерная система на базе АИГ: Nd3+ лазера импульсно-

периодического действия с неустойчивым телескопическим резонатором и двухкаскадного усилителя / П. А. Апанасевич, ЕЕКвач, В. Г. Коптев,

B. А. Орлович, А. А. Ставров, А. П. Шкадаревич // Квантовая электроника. -1987.-Т. 14, N 2.-С. 265-270.

11. Кинетика затухания люминесценции в пассивных аатворах на основе стекол группы КС / В. А. Зюльков, Д. В. Ковалев, С. Г. Котов, В. Б. Павленко, А. А. Ставров // ЯУрнал прикладной спектроскопии.-1988.-Т. 49, N 6.-С. 920-924.

12. Нелинейные свойства монокристаллов Сс^Бе,.* при воздействии пикосекундных лазерных импульсов / а А. Зюльков, А. Э. Казаченко,

C. Г. Котов, А. А. Ставров, С. А. Тихомиров // З^урнал прикладной спектроскопии.-1989.-Т. 51, N 3.-С. 536-539.

13. Низкопороговый минилазер на зрбиевом стекле/ ЕПГапонцев, А. К. Громов, А. А. Изынеев, П. И. Садовский, А. А. Ставров, К! С. Типенко, А. П. Шкадаревич// Квантовая электроника.-1989.-Т. 16, N 4.-С. 684-686.

14. Автономный перестраиваемый полихроматический ллэер ближнего ИК-диапазона / Г. С. Круглик, П. Н. Назаренко, а Е Окладников, Г. А. Скрипко, А. А. Ставров// Оптика атмосферы.-1989.-Т. 2, N 8.-С. 876-882.

15. Узкополосные высокочастотные перестраиваемые источники ближнего ИК-диапазона с оперативным управлением параметрами излучения / П. Е Назаренко, Н. Е Окладников, Г. А. Скрипко, А. А. Ставров// Оптика атмосферы. -1989. -Т. 2, N 11. -С. 1220-1227.

16. Высокоэффективный низковольтный электрооптический затвор для лазеров импульсно-периодического действия/ М. Е Бондаренко, А. И. Конойко, Е И. Поляков, А. А. Ставров // Электронная техника. Сер. Лазерная техника и оптоэлектроника.-1989.-Е 2 (50).-С. 54-56.

17. Учет оптической рефракции при измерении углов и дальности локационными методами / И. А. Малевич, А. А. Ставров, Д.Э. Шиперко, ЕЕ Щановский // Лазерная и оптоэлектронная техника. -Мн.: Учиве;ч;итет-

4 ское, 1989. -С. 75-80.

18. Кузнецова Е Е , Сергеев И. И., Ставров А. А. О концентрационной зависимости интенсивности антистоксовой люминесценции эрбия при возбуждении в области 1,5 мкм // Журнал прикладной спектроскопии. -1990. -Т. 53, N 3. -С. 391-396.

19. Антистоксова люминесценция гольмия при возбуждении в области 2,1 мкм / Т. М. Кожан, С.Г. Котов, ЕЕ Кузнецова, И. И.Сергеев, А. А.Ставров, ЕС. Хоменко // Журнал прикладной спектроскопии.-1990.-Т. 53, N 5. -С. 726-733.

20. Антипенко Б. М. , Никитичев А. А., Ставров А. А., Типенко КХ С.

Импульсно-периодический режим генерации лазеров на основе кристалла ИАГ: Cr3+,Tm3+-Ho3't" // Современные проблемы спектроскопии, лазерной физики и физики плазмы: Материалы П Межреспубликанской школы-семинара молодых ученых / ИФ АН БССР. -Ын., 1990. -С. 99-102.

21. Высокочастотные перестраиваемые твердотельные лазеры с электрооптической модуляцией добротности/ А. И. Конойко, IL а Назарен-ко, Е R Окладников, В. И. Поляков, Г. А. Скрипко, А. А. Ставров // Электронная техника. Сер. Лазерная техника и оптоэлектроника -1990. -Е 2 (54).-С. 19-20.

22. Управление характеристиками перестраиваемых лазеров на А1203:Т13+ с помощью низковольтных высокочастотных электрооптических модуляторов / Г. С. Круг лик, Г. А. Скрипко, А. А. Ставров, В. И. Поляков, Ы. R Бондаренко, А. И. Конойко, ЕЕ Назаренко, Е R Окладников, RC. Урбанович // Журнал технической физики. -1990. -Т. 60, N 6.-С. 79-80.

23. Электронная структура ионов СИ+ в иттрий-алюминиевом гранате в приближении внедренного кластера/ И. Ф. Бикметов, А. Б. Соболев, RA-Лобач, А. И. Ыитьковец, А-А. Ставров, А. Е ПКадаревич// Журнал прикладной спектроскопии.-1990.-Т. 53, N 6.-С. 983-987.

24. Actively mode-locked GSGG:Cr:Nd lasers with negative feedback Q- control / A. V. Kachlnskl 1, I. V. PUlpovich, A.A.Stavrov, N. A. Tylets // J. Mod. Opt.-1990.-Vol. 37, N l.-P. 1-4.

25. Генерация высокочастотных серий импульсов в лазере на сапфире с титаном / ЕЕ Назаренко, ЕR Окладников, Г. А.Скрипко, А. А. Ставров // Оптика атмосфера -1991. -Т. 4, N 3.-С. 326-328.

26. Электрооптический модулятор для мощных высокочастотных лазеров импульско-периодического и квазинепрерывного действия / Ы. R Бондаренко, А. И.Конойко, ЕЕ Назаренко, В.И. Поляков, А. А.Ставров // Приборы и техника эксперимента-1991. -N 5.-С.162-164.

27. Электронная структура Сг^-центра в иттрий-алюминиевом гранате / A. R Соболев, И. Ф. Бикметов, R А. Лэбач, А. И. Ыитьковец, А. А. Ставров, А. Е Екадаревич // Физика твердого тела -1991. -Т. 33, N 2. -С. 321-323.

28. Боднарь И. R , Гребенщикова Е И., Эюльков R А., Колосенко Г. А., Котов С. Г., Ставров А. А. Твердые растворы CuInS2^_x.jSe2x -перспективные активаторы диэлектрических сред // Приборостроение. -Мн.: Вышэйшая школа, 1991.-С. 6-9.

29. Синтез боратных стекол и активированных аморфных сред на их основе / И. Л. Раков, Е Е Соловей, А. Е Мэлочко, А. А. Ставров, С. Г.

Котов // Известия АН СССР. Сер. неорганические материалы. -1991. -Т. 27, N 1.-С. 126-129.

30. Генерация на кристаллах ИАГ: Нс13+ и КСИУ: Ис13+ при накачке полупроводниковыми лазерами/ С. В. Давыдов, И. И. Кулак, А. И. Ыитьковец, А. А. Ставров, А. П. Пкадаревич, Г. П. Яблонский// Квантовая электроника.-1991.-Т. 18. N1.-0.20-21.

31. Новый твердотельный пассивный затвор для неодимовых лазеров / К А. Зюльков. А. Э. Казаченко, С. Г. Котов, Д. В. Ковалев, А. А. Ставров // Квантовая электроника -1992. -Т. 19, N 7. -С. 629-630.

32. Гольмиевые лазеры на кристаллах ИАГ и ИСГГ в импульсно-пе-риодическом режиме генерации / Б. 1А Антипенко, А. Ы. Забазнов, А.А.Ш-китичев, Е А. Письменный, А. А. Ставров, & С. Типенко, а К Цветков, И. А. Щербаков// Квантовая электроника-1993.-Т. 20, Н 12. -С. 1149-1151.

33. Ыинков К И., Назаренко Е Н., Ставров А. А. Твердотельный перестраиваемый лазер с преобразователем на форстерите // Квантовая электроника-1994.-Т. 21, N 9.-0.821-823.

34. Ставров А. А., Шиперко Д. Э., Щановский В. К Оперативный учет линейной и угловой рефракции атмосферы при измерении траекторий аэродинамических и баллистических объектов // Ракетно-космическая техника Сер.9. Оперативное управление летательными аппаратами и наземными комплексами обеспечения их испытаний и полетов.-1995. -К 2. -С. 34-38.

35. Ставров А. А. Управление временными характеристиками излучения в мощных лазерах импульсно-периодического действия // Лазеры и оптическая нелинейность: Труды ХШ Белорусско-литовского семинара/ НАН Беларуси. ИФ им. Е И. Степанова -Ын., 1998. -С. 167-170.

36. Ставров А. А. Визуализация излучения лазеров ближней ИК об-'ласти спектра // Квантовая электроника: Материалы П Межгосударственной научно-технической конференции / Велгосуниверситет. -Ын., 1998. -С. 94-96.

37. Раз вина Т. Ы., Вереник а Е , Коптев К Г., Ржевский К Е , Ставров А. А. Твердотельные люминесцируюцие светофильтры для неодимовых ОКГ // Проблемы создания и применения в народном хозяйстве лазерной и оптико-электронной техники: Тезисы докл. Республ. науч.-тех. конф. / БПИ. -МН., 1982. -Т. 1. -С. 76-77.

38. Конойко А. И., Поляков Е И., Ставров А. А. Высокоэффективный электрооптический модулятор добротности лазерного резонатора// Применение лазеров в технологии и системах передачи и обработки информации: Тезисы докл. Ш Всес. конф./ ТПИ.-Таллин, 1987.-Т.3.-С. 139-140.

39. Запорожченко Е А., Запорожченко Р. Г., Качинский А. Е , Пи-липович И. Е , Став ров А. А., Тылец ЕА. Импульсно-периодическая лазерная система на ИАГ: Nd3* с активной синхронизацией мод // Пикосе-кундная техника: Тезисы докл. Ш Всес. школы / ВНИИ0ФИ.-М.. 1988. -С. 47-48.

40. Зюльков Е А., Казаченко А. Э., Кароза А. Г.. Котов С. Г., Павленко ЕЕ , Став ров А. А. Размерные эффекты в оптических свойствах полупроводниковых монокристаллов CdSjtSe,.* // Спектроскопия: Тезисы докл. XX Всес. съезда / Наукова думка. -К , 1988. -С. 124.

41. Ставров А. А., Шиперко Д. Э., Щановский ЕЕ Мэтодика оперативного учета земной рефракции при измерении протяженности наклонных трасс импульсными методами // Распростр. лазер, излуч. в атмосфере: Тезисы докл. X Всес. симп. /АН СССР. ТНЦ СО. -Томск, 1989. -С. 183.

42. Ставров А. А. Многофункциональные твердотельные среды для лазерной аппаратуры зондирования атмосферы // Распростр. лазер, излуч. в атмосфере: Тезисы докл. X Всес. симп. / АН СССР. ТНЦ СО.-Томск, 1989.-С. 271.

43. Konojko А. I., Nasarenko Р.N.. Polyakov V. I., Okladnlkov N.V., Skripko б..A.» Stavrov A.A. High-rate control over temporal and spectral characteristics of solid-state lasers // Laser and their applications: Abstr. of IY Nat. conf. and techn. exhlb. with int. рог. / Informa-Plovdiv, 1990.-P. 15-16.

44. Гулевич E. E , Кондратюк EE, Ставров A. A., Скрипко Г. A., Шагов А. А. Перестраиваемый лазер на A1203: Ti3i" с регенеративным усилителем // Оптика лазеров: Тезисы докл. YI Всес. конф. / ГОИ им. С. И. Вавилова-JL , 1990. -С. 67.

45. Зюльков Е А., Казаченко А.Э., Ковалев Д.Е , Котов С. Г., Ставров А. А. Сравнительные исследования пассивных оптических затвб-ров для лазеров на неодимсодержащих средах// Когерентная и нелинейная оптика: Тезисы докл. XIY Междунар. конф. / ГОИ им. С. И. Вавилова -Л. 1991. -Т. 3. -С. 156. .

46. Назаренко П. Е , Ставров А. А. Широкодиапазонный перестраиваемый лазер с килогерцовой частотой повторения импульсов // Оптика лазеров: Тезисы докл. YÏÏ конф. / ВНЦ "ГОИ им. С. И. Вавилова". -С05, 1993.-Т. 1.-С. 61.

47. Берегов ЕС.. Маслаков ЕЕ. Ставров А. А. Комплекс измерительных оптико-электронных средств разработки АНБ-БелОМО // Научное и аналитическое приборостроение: Тезисы докл. Республ. конф. / АН Беларуси. ИФ им. Е И. Степанова. -Мн., 1995. -С. 27.

РЕЗКИЕ

Ставров Александр Афанасьевич

Лазерные источники излучения для оптико-локационных систем

Ключевые слова: лазер, генерация, импульс, излучение, спектр, энергия, расходимость, длительность, частота следования, стабильность, оптимизация, атмосфера, рефракция, информационный канал, оптико-локационная система.

Исследованы мощные лазеры импульсно-периодического действия, перспективные для реализации информационных каналов в оптико-локационных системах. Установлены основные принципы их функциональной адаптации в систему с учетом всех значимых компонент измерительно-наблюдательного процесса: аппаратурных особенностей, среды распространения информационных световых потоков (атмосферы), лоцируемого объекта Сформулированы требования к характеристикам лазерного излучения и определены основные пути их реализации.

Решение поставленных задач базируется на методологии многоуровневого системного анализа Конкретные результаты исследований получены с использованием методов лазерной физики, спектроскопии и люминесценции, физической и геометрической оптики, физики атмосферы, математической статистики.

Изучены закономерности генерации стойких к внешним воздействиям твердотельных лазеров на основе активированных ионных кристаллов, обеспечивающих как фиксированные, так и перестраиваемые спектры излучения, адекватные окнам прозрачности атмосферы в ближней инфракрасной области спектра Получены требуемые пространственные, временные и энергетические параметры генерации при достаточно высокой степени их стабильности. Разработаны методы оперативного (в реальном масштабе времени) учета рефракционных погрешностей измерений, а также оптимизации информационных каналов системы при их комплек-сироваиии.

Результаты работы использованы при создании ряда оптико-локационных систем, обеспечивающих наблюдение и определение параметров движения аэродинамических и баллистических объектов. Они могут быть применены также при изучение фундаментальных проблем физики Земли, атмосферы и океана, в навигации, связи, строительстве, промышленных технологиях, геодезии, медицине, военном деле.

РЭЗШЭ

СтаУроУ Аляксандр Афанасьев14 Лазерный крынщы выпраменьвання для оптыка-лвкацыйных сютэм

Ключавыя словьс лазер, генерация, 1ипудьс, выпраменьванне, спектр, анерпя, разыходнасць, працягласць, частага наступства, стаб1льнасць, аптым1зацыя. атмосфера, рэфракцыя, 1ифармацьйны канал, оптыка-лакацыйная сютзма.

Даследаваны магутньи лазеры 1мпульсна-перыядычнага дзеяння, перспекты?ныя для рзал1вацы1 1нфармацыйных канала? у оптька-лака-цыйных с1стэмах. Вызначаны асноуныя прынцыпы IX функцьинальнай адаптацы1 да сютэмы 8 ул1кам ус1х аначных кампанентау вымяральна-наа1ральнага працзсу: апаратурных асабл1валцей, асяроддзя распау-свджвання 1нфармацыйных светлавых патока? (атмасферы), лацыруемага аб'екта. Сфармуляваны патрабаванн1 да характарыстык лазернага вы-праменьвання 1 азначаны асноуныя шлях1 1х рэал1вацы1.

Рашэнне паста?леньос вадач грунтуецца на метадалоги шматувроУ-невага сютэмнага анал1зу. Канкрэтныя вын1к1 даследванняу атрыманы в выкарыстаннеы мэтадау лазерная ф181к1, спекграскапп 1 люм1нес-цэнцы1, ф131чнай 1 геаметрычнай оптык1, ф131К1 атмасферы, матэ-матычнай статыстык1.

Бывучаны ваканамернасщ генерацы1 устойл1вых да внешни уздзе-янняу цвердацельных лазера? на аснове актываваных крышталё?, зайяс-печваючых як ф1ксаваныя, так 1 перастройваемые спектры выпрамень-вання, адэкватныя вокнам празрьктасщ атмасферы ? бликай 1нфрачыр-вонай воОласщ спектру. Атрыманы патрэбныя прасторавыя, часавыя 1 энергетычныя параметры генерацьи пры дастаткова вьюокай ступен1 и стаб1льнасщ. Распрацаваны метады аператыУнага (у рэальным масштабе часу) ?л1ку рэфракцыйных Х1бнасця? вымярэння?, а таксама аптьаиза-цы1 1 нфармацыйных канала? сютэмы пры 1х камплексаванн1.

Вын1к1 працы выкарыстаны пры стварэнш шэрагу оптыка-лакацый ных сютэм, забяспечваючых наз1 ранне 1 вызначэнне параметра? рух} аэрадынам1чных 1 бал1стычных аб'екта?. Яны могуць быць скарыстан^ таксама пры вывучэши фундаментальных праблем ф!з1К1 Зямл», атмасферы I ак1яна, у нав1гацьп, сувяз1, будаУнщтве, прамысловых тэхна-лопях, геадэзп, медыцыне, ваеннай справе.