Приемник излучения лазерно-лучевого канала управления

Полезная модель относится к полупроводниковой оптоэлектронике, в частности, к конструированию приемников излучения лазерно-лучевого канала управления. Наиболее эффективно может использоваться при создании атмосферных оптических линий связи, в частности, при создании лазерных систем телеориентации движущихся объектов, например, управляемых ракет.
2
Приемник излучения (ПИ) является основным узлом приемного тракта оптической системы лазерно-лучевого канала управления (ЛЛКУ). В числе основных требований, предъявляемых к ПИ, являются требования к высокой чувствительности при обнаружении модулированных лазерных сигналов как в условиях отсутствия световой засветки (темновые условия), так и при прямой солнечной засветке входной апертуры ПИ, а также в условиях модуляции входного светового потока, связанного, например, с вращением или нутацией ракеты в полете. Мощность светового потока на площадке входного отверстия ПИ при облученности от Солнца на поверхности Земли равна 60 мВт/см⋅мкм. Длина волны лазерного излучателя ЛЛКУ с твердотельным лазером обычно равна 1,06 мкм. ПИ должен обеспечивать работоспособность при приеме модулированных лазерных сигналов в большом динамическом диапазоне лазерных мощностей в темновых условиях и обеспечивать работоспособность при прямой солнечной засветке. Для достижения оптимальных условий приема оптического излучения лазера, спектральная чувствительность ПИ должна быть согласована с узким спектром полезного монохроматического лазерного излучения 1,06 мкм. При выборе оптической системы ПИ канала ЛЛКУ учитывался тот факт, что в данном случае не ставится задача получения качественного изображения, а достаточно лишь обеспечить передачу требуемого количества энергии от входного зрачка системы на фоточувствительную площадку приемника, поэтому в ПИ канала ЛЛКУ обычно используется простой однолинзовый объектив.
Традиционно структурная схема ПИ канала ЛЛКУ содержат ИК-светофильтр, однолинзовый объектив и кремниевый фотодиод, установленные в общий корпус (см. например, «Теоретические основы проектирования ствольных управляемых ракет», монография под ред. О.П. Коростелева, Киев, Изд. DEFENSE EXPRESS LIBRARY, 2007 г., стр. 284, рис. 7.7). Входная линза обеспечивает прием лазерного излучения в требуемом угле поля зрения, определяемого динамикой полета ракеты. ИК-светофильтр подавляет излучение волн, длина которых меньше рабочей длины волны канала ЛЛКУ, и обеспечивает узкополосную результирующую характеристику ПИ с использованием широкополосного кремниевого фотодиода.
Недостатком традиционной схемы является сложность конструкции ПИ из-за наличия однолинзового объектива, ИК-светофильтра и кремниевого фотодиода на одной оптической оси.
Целью полезной модели является упрощение конструкции ПИ и снижение его себестоимости.
Сущность полезной модели заключается в том, что в приемнике излучения лазерно-лучевого канала управления, содержащем однолинзовый объектив и кремниевый фотодиод, установленные в корпусе, линза объектива выполнена из цветного оптического ИК-стекла с нижней границей полосы пропускания, близкой к длине волны лазерного излучателя 1,06 мкм. Например, линза объектива может быть выполнена из цветного оптического ИК-стекла марки ИКС970.
Полезная модель поясняется чертежами фиг. 1 и фиг. 2. На фиг. 1 показана конструкция приемника излучения, где:
1 - однолинзовый объектив из цветного оптического ИК-стекла, например, марки ИКС970;
2 - корпус приемника излучения;
3 - кремниевый фотодиод, например, типа ФД-342;
4 - фоточувствительная площадка фотодиода.
На фиг. 2 показана спектральная характеристика ПИ, где:
5 - спектральная характеристика кремниевого фотодиода (0,4…1,1 мкм);
6 - спектральная характеристика однолинзового объектива (0,96…2,4 мкм);
7 - результирующая спектральная характеристика ПИ (0,96…1,1 мкм).
Результирующая спектральная характеристика ПИ определяется суммарными спектральными характеристиками объектива и фотодиода. Однолинзовый объектив из цветного оптического ИК-стекла подавляет излучение волн, длина которых меньше рабочей длины волны канала ЛЛКУ, и обеспечивает спад результирующей характеристики спектральной чувствительности ПИ в области частот оптического излучения (солнечной засветки). Спад результирующей спектральной чувствительности ПИ в области длин волн, больших рабочей, обеспечивается спадом характеристики кремниевого фотодиода. Тип цветного оптического ИК-стекла выбирают таким, чтобы максимум результирующей спектральной чувствительности ПИ был как можно ближе к рабочей длине волны 1,06 мкм канала ЛЛКУ.
вх
сз
2
2
В случае применения в качестве материала для изготовления линзы объектива цветного оптического ИК-стекла марки ИКС970, имеющего полосу пропускания от 0,96 мкм до 2,4 мкм, и кремниевого фотоприемника ФД-342 или ФД-344, имеющих полосу от 0,4 мкм до 1,1 мкм, ширина спектральной характеристики ПИ составит Δλ, равна 0,14 мкм. При эффективном диаметре входного окна ПИ, равном 25 мм (S равно 4,90 см), значение постоянной составляющей тока от прямой солнечной засветке (L равно 60 мВт/см⋅мкм) составит меньше или равно 4 мА.
Выполнение линзы объектива из цветного оптического ИК-стекла, например, марки ИКС970 позволяет упростить конструкцию ПИ, повысить коэффициент пропускания объектива и снизить трудоемкость изготовления и себестоимость ПИ за счет уменьшения количества и упрощения конструктивных элементов ПИ.