СИСТЕМА ПОДВОДНОЙ СВЯЗИ

Полезная модель относится к устройствам дистанционной связи и может быть использована в системах передачи информации под водой, основанной на оптическом излучении.
В настоящее время связь в подводном положении осуществляется, в основном, с помощью акустической передачи, радиосвязи в диапазоне очень низких частот (примерно 3-30 кГц), радиосвязи в диапазоне крайне низких частот (примерно 3-100 Гц). Односторонняя связь возможна путем использования взрывов ограниченной мощности.
Акустическая связь осуществляется путем установки на морском дне акустического оборудования, которое соединяется с наземными станциями связи, что не всегда возможно и оправдано. Каждый из приведенных типов связи имеет недостатки.
В частности, радиоволны очень низких частот проникают в воду на глубину примерно 10 м. Электромагнитные волны крайне низких частот могут проникать на существенно большую глубину, но при этом передающие антенны должны иметь значительные размеры, которые связаны с длиной волны передатчика и могут достигать сотен метров и более.
Таким образом, до настоящего времени для практического применения связи под водой используются антенны больших размеров или кабельная соединительная связь [1] с длиной кабеля до 50 метров.
Использование электромагнитного излучения других частотных диапазонов практически невозможно ввиду наличия граничной частоты пропускания волн.
Электрические свойства воды по отношению к электромагнитным волнам характеризуется диэлектрической проницаемостью, магнитной проницаемостью и мнимой частью комплексного показателя преломления.
9
Для хорошего проводника ток проводимости превышает ток смещения и мнимая часть комплексного показателя преломления больше, чем действительная. С учетом этих характеристик, вода является проводником, который не пропускает частоты меньше 10 Гц, это соответствует длине волны 0,3 м. Как известно, диапазон длин волн видимого спектра значительно меньше, чем эта граничная частота. Он занимает спектральный участок примерно от 400 до 700 нм. Поэтому, как в радиодиапазоне, так и в видимом диапазоне, устойчивой связи под водой до настоящего времени не создано. В тоже время, существуют так называемые окна прозрачности воды. Средства связи, работающие в этих окнах, могут обеспечить передачу информации на ограниченное расстояние при соответствующей мощности передатчика. В видимом спектральном диапазоне это окно находится в области 450-490 нм, т.е. в сине-зеленой области спектра. Мощные лазерные источники, настроенные на такой диапазон прозрачности, могут быть носителями информации под водой.
Известна система подводной связи [2], содержащая источник оптического излучения, блок питания и управления источником оптического излучения. Источник излучения в указанной системе выполнен на основе газового или твердотельного лазера с преобразованием частоты излучения в сине-зеленую область спектра, т.е. в окно прозрачности водной среды.
Однако спектральная ширина окна прозрачности и значения его граничных длин волн зависят от состава воды и могут меняться в некоторых пределах. Источники оптического излучения известных систем подводной связи имеют фиксированные длины волн. Поэтому, при изменении спектральных характеристик воды, коэффициент поглощения или рассеяния излучения также могут измениться в большую сторону, что приводит к ухудшению качества связи.
Таким образом, основной недостаток системы, выбранной в качестве прототипа, состоит в том, что отсутствует возможность настройки длины волны излучения на оптимальную частоту окна прозрачности.
Задача, на решение которой направлена полезная модель, заключается в обеспечении достаточной мощности подводного передатчика информации при возможно меньшем энергопотреблении за счет использования лазеров с перестраиваемой длиной волны.
Заявляемая система подводной связи, как и система, выбранная в качестве прототипа, содержит источник оптического излучения, блок питания и управления источником оптического излучения. Но, в отличие от прототипа, в заявляемом приборе источник оптического излучения выполнен в виде лазера на растворе органических соединений с перестраиваемой длиной волны, снабженного пневматическим блоком и блоком гидравлического вытеснения раствора органических соединений.
На фиг.1 представлено схематическое изображение варианта конкретного исполнения системы подводной связи.
В данном конкретном случае система состоит из выходного зеркала 1, глухого зеркала 2, кюветы 3, дисперсионного элемента 4, блока питания и управления 5, пневматического блока 6, блока гидравлического вытеснения раствора 7 с диафрагмой 8. Зеркала 1, 2 образуют резонатор лазера, пневматический блок 6 и блок гидравлического вытеснения раствора 7 с диафрагмой 8 представляют собой систему прокачки активной жидкости.
Принцип работы заявляемой системы основан на преобразовании широкополосного излучения раствора органического соединения с помощью дисперсионного элемента в узкополосное, перестраиваемое.
Заявляемая система работает следующим образом. С помощью блока питания и управления 5 осуществляется возбуждение активного вещества и частотно-импульсная кодировка информационного сигнала, в качестве которого используется излучение, генерируемое лазером на растворе органических соединений. Формирование излучения происходит в резонаторе, образованном зеркалами 1,2 внутри которого расположен дисперсионный элемент 4. Дисперсионный элемент 4 обладает селективным спектральным коэффициентом пропускания, который может перестраиваться по длине волны в области люминесценции органического вещества, тем самым достигается настройка системы подводной связи на заданную длину волны. В связи с тем, что спектры используемых органических веществ однородно уширены, расположение дисперсионного элемента 4 внутри резонатора не приводит к уменьшению энергии генерации.
Раствор активной жидкости прокачивается сквозь кювету 3. Кювета 3 имеет малое проходное сечение, обусловленное конструктивными особенностями лазеров на растворах органических соединений, поэтому, использование насосов центробежного или шестеренчатого типов не позволяет обеспечить требуемый расход активной жидкости - десятки литров в минуту и, при этом, сохранение ламинарного течения в кювете 3. Кроме этого, упомянутые насосы создают повышенный шум и микровибрацию, что не допустимо для приборов, работающих в подводных условиях. Указанный расход активной жидкости обусловлен тем, что при ограниченном временном интервале передачи информации способом частотно-импульсной модуляции, активное вещество, находящееся в кювете 3, возбуждается излучением повышенной мощности и при этом возможно образование таких температурных градиентов, которые приведут к искажению импульсов генерации или даже к ее срыву. В связи с вышеизложенным, в заявляемой системе применена прокачка на основе вытеснения активного раствора. Она обеспечивает требуемый расход активной жидкости сквозь кювету 3 и ламинарность течения, так как отсутствует порционная подача жидкости шестеренками или крыльчаткой, присущая шестеренчатым и центробежным насосам.
Блок гидравлического вытеснения раствора 7 с помощью диафрагмы 8 разделен на пневматическую и гидравлические части. С ним связан пневматический блок 6. Раствор органического соединения находится в гидравлической части блока вытеснения 7. Его вытеснение осуществляется с помощью диафрагмы 8, которая находясь под избыточным давлением создаваемым блоком 6, проталкивает активный раствор сквозь кювету 3.
Создание оптимальных условий работы системы подводной связи обеспечивается в каждом конкретном случае выбором органического соединения, дисперсионного элемента, конструктивного исполнения перепускных узлов системы прокачки. Применение лазера на растворах органических соединений с системой прокачки активного раствора на основе его вытеснения, позволяет оптимизировать систему подводной связи по энергетическим и весогабаритным характеристикам.
Кроме указанной области применения заявляемой полезной модели, ее практическое осуществление позволяет расширить использование применительно к тем областям, где необходимо перестраиваемое лазерное излучение повышенной мощности.
Промышленная применимость заявляемого решения подтверждается тем, что предлагаемая конструкция системы подводной связи разработана с использованием стандартных элементов, широко используемых в настоящее время материалов. Устройство разработано для серийного изготовления в условиях промышленного производства с использованием стандартного оборудования и технологии, применяемых в квантовой электронике.
Литература
1. Телефон для подводной связи ИТ 402
2. ИНФОРМОСТ Радиоэлектроника и телекоммуникации 2005, №1(37), с.35-42