ЛАЗЕРНАЯ СИСТЕМА ТЕЛЕОРИЕНТАЦИИ ОБЪЕКТА
LASER SYSTEM OF THE OBJECT TELEORIENTATION

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).