Способ модуляции лазерного луча кварцевым резонатором с уголковыми отражателями
METHOD OF MODULATING LASER BEAM WITH QUARTZ RESONATOR WITH CORNER REFLECTORS

Способ относится к технике связи и может быть использован для передачи цифровой информации от микроспутника.
Известен уголковый отражатель [1], выполненный в виде тетраэдра с тремя металлизированными отражающими гранями, в котором два двугранных угла равны π/2, а третий - π/2(S+1), где s 1, 2, 3, 4. Длины его ребер R1, R2, R3 выбраны из соотношения R1:R2:R3=а:а:1. Известен также призменный уголковый отражатель [2], выполненный в виде трехгранной пирамиды, двугранные углы между боковыми отражающими гранями которой также равны π/2, π/2 и π/2(S+1), где S - целое положительное число, ребра отражателя выполнены с размерами Р1 и Р2, определяемыми из математических соотношений. Показатель преломления материала отражателя также определяется из приведенного соотношения. Известные уголковые отражатели используются для обеспечения отражения лазерного излучения от различных объектов, в том числе спутников Земли, строго в обратном направлении.
Недостатком известных технических решений является то, что отсутствует возможность передачи цифровой информации от микроспутника по отраженному лазерному лучу.
Целью данного способа модуляции является передача от микроспутника по переотраженному от уголкового отражателя лазерному лучу цифровой информации.
Это достигается тем, что со стороны противоположной отражающим плоскостям, прикреплен кодово-импульсный кварцевый резонатор, который в результате подачи цифровой информации в виде электрических импульсов будет осуществлять формирование механических вибраций в соответствии с пьезоэффектом для изменения частоты отраженного лазерного излучения в соответствии с эффектом Доплера.
На фиг. 1 изображен фрагмент элементарной ячейки уголкового отражателя с кодово-импульсным кварцевым резонатором отраженного лазерного луча для передачи цифровой информации от микроспутника. Лазерный луч после однократного, двукратного или трехкратного переотражения (зависит от ориентации уголкового отражателя относительно луча) будет направлен обратно к наземной станции связи. Отражающие поверхности 1 находятся в физическом контакте с кварцевым резонатором 2.
На фиг. 2 изображена батарея элементарных ячеек для повышения эффективности работы уголкового отражателя.
Способ реализуется следующим образом. Наземный лазер осуществляет сканирование участка неба в зоне предполагаемого нахождения микроспутника. При попадании лазерного луча на уголковый отражатель произойдет его обратное переотражение в сторону излучающего лазера. При получении отраженного луча, наземная станция осуществляет передачу цифровой информации на микроспутник по лазерному лучу в оптической форме. Затем, наземная станция переключается на прием цифровой информации. Для этого луч лазера осуществляет непрерывную подсветку уголкового отражателя. Бортовой компьютер микроспутника подает в цифровом виде информацию на кодово-импульсный кварцевый резонатор, который при воздействии электрических импульсов, преобразует их в механические колебания кристаллов, а те, в свою очередь, воздействуют на отражающие поверхности уголкового отражателя. В результате, отраженный лазерный луч будет промодулирован в соответствии с эффектом Доплера, что позволит с высоким быстродействием передать значительное количество информации от микроспутника на наземную станцию связи. Дополнительным преимуществом является высокая энергоэффективность такого способа модуляции лазерного луча, т.к. вместо энергопотребляющего приемо-передающего устройства и антенной системы с изменением диаграммы направленности для предлагаемого способа модуляции потребуется минимальная электрическая энергия для воздействия на кварцевый резонатор. Это позволит уменьшить энергопотребление микроспутника с целью перенаправления высвободившейся энергии для выполнения других функций.
Недостатком предлагаемого способа модуляции лазерного луча является зависимость от погодных условий, которые могут повлиять на параметры лазерного луча. Однако в случае глобального развертывания такого способа модуляции лазерного луча для орбитальной группировки микроспутников, можно будет осуществить развертывание оптической линии связи между всеми микроспутниками и передачу информации от них на ту наземную станцию связи, которая будет находиться в благоприятных погодных условиях.
Литература
1. Патент РФ №2020668. Уголковый отражатель / Титов А.Д. Опубл. 30.09.1994.
2. Патент РФ №2101740. Призменный уголковый отражатель / Титов А.Д. Опубл. 10.01.1998.