CC BY
4ТЕРМОЯДЕРНАЯ ЭНЕРГЕТ И КА
THERMONÜCLEAR ENERGY
Исследования в области технологии производства лазеров и их применения
Laser technology production and applicatioan effort
УДК 621.391.272
АКУСТООПТИЧЕСКИЙ АНАЛИЗАТОР ИЗЛУЧЕНИЯ ЛАЗЕРА
A. M. Пашаев, А. Р. Гасанов, К. Ф. Абдурагимов, М. А. Гурбанов
E-mail: hasanov@naa.edu.az
Acousto-optic device for investigation space-energy characteristics of laser emission is proposed, theoretical and practical aspects of his operation are analyzed.
Введение
Для исследования пространственно-энергетических характеристик лазерного излучения разрабатываются многочисленные анализаторы, принцип действия которых базируется на различных физических эффектах. Например, в [1] предлагается анализатор пространственно-энергетических характеристик импульсного и непрерывного инфракрасного лазерного излучения, который реализован на основе многоэлементного теплового приемника из пленки диоксида ванадия. Другой вариант анализатора реализован на основе ПЗС измерителей [2] и позволяет исследовать излучения импульсных лазеров.
Известные анализаторы предназначены для исследования энергетических характеристик лазеров определенного класса.
Целью работы является создание универсального устройства для исследования энергетических характеристик лазеров на основе фотоупругого эффекта.
Рассмотрим принцип действия акустооптического процессора (АОП) с прямым детектированием (рис.1) в контексте поставленной задачи [3]. На первый вход импульсного манипулятора (ИМ) поступает видеоимпульс
бание от генератора высокой частоты (ГВЧ). Частота ГВЧ выбирается равной центральной частоте акустооптического модулятора (АОМ). АОМ состоит из фотоупругой среды (ФУС), к одной грани которой прикреплен электроакустический преобразователь (ЭАП), а к другой — акустический поглотитель (АП).
На выходе ИМ образуется радиоимпульс, под действием которого ЭАП возбуждает в ФУС бегущую со скоростью V к АП упругую волну (УВ).
Лазерное излучение с апертурой ( падает на поверхность АОМ под углом Брэгга. Акустическая и оптическая волны взаимодействуют в ФУС на расстоянии к от ЭАП. В результате акусто-
вх а на второй вход — высокочастотное гармоническое коле-
Puc. 1. АОП с прямым детектированием
Статья поступила в редакцию 09.09.2007 г. Ред. per. № 125. The article has entered in publishing office 09.09.2007. Ed. reg. No. 125.
Международный научный журнал «Альтернативная энергетика и экология» № 8(52) 2007 q _
. © 2007 Научно-технический центр «TATA» УЭ
оптического взаимодействия возникает дифракционный порядок, который через отверстие в диафрагме падает на светочувствительную поверхность фотоприемника (ФП). Напряжение на выходе фильтра нижних частот (ФНЧ) ив (() с точностью до постоянного множителя к соответствует входному видеоимпульсу и (():
ивых (() = кивх (( -т),
где т = й/ V — время запаздывания выходной реакции.
Теоретическая часть
Определим переходную характеристику g(() АОП с прямым детектированием. Воспользуемся разложением единичной функции в интеграл Фурье:
ф ) = 1/2 + (1/ п )J ^ Q
Q
(1)
Обозначив коэффициент передачи АОП с прямым детектированием К0, получаем следующее выражение для его переходной характеристики:
g (t ) = К„/2 + (K0/n)J
sin Q(-10 )
d Q.
(2)
o Q
Преобразуем выражение (2). Введем новую переменную x = Q(t-to) , тогда
g (t ) = Ко/2 + (Ko/ п) Sin^dx.
о x
(3)
В данном соотношении верхний предел интеграла ограничен величиной хт =АО0((-(0) , ввиду того, что при условии 0>АЛо коэффициент передачи равен нулю, где АОо = 2п/тн — ширина полосы пропускания АОП с прямым детектированием; тн — время нарастания выходного напряжения от 0,1 до 0,9 установившегося значения, определяется соотношением:
тн = 0,5
(-т + d/ v)
f
т-d/ v с-d/ v
Л
+ (т + d/ v)
(4)
Соотношение (4) позволяет установить, что:
1) при т > d/v время нарастания выходного напряжения определяется величиной d/v;
2) при T<d/v время нарастания будет равно длительности входного импульса т.
х™ sin x
Функция вида J -dx представляет собой
0 x
интегральный синус Si(xm), являющийся функцией верхнего предела [4]. Соотношение (3) переписываем в виде
g (f) = Ko/2 + (Ko/n)Si(Xm). (5)
Определим реакцию АОП с прямым детектированием на входное воздействие U (f) в виде прямоугольного импульса:
Uвх (t) =
0 при t < 0; 0 при т < t; Um при 0 < t <т,
где т — длительность видеоимпульса.
В этом случае на выходе импульсного манипулятора (ИМ) имеем радиоимпульс с прямоугольной огибающей (рис. 2):
«вх (()= ивх (()^П®зв(-
На выходе ФНЧ формируется напряжение, которое можно найти как результат действия двух скачков напряжения противоположной полярности. Первый скачок g1(t) появляется при (0 = й/у, а второй g2(t) с запаздыванием на время, равное (0 + d|у + т , где d — ширина апертуры лазерного пучка, т. е.
Uвых (t) = ((Um! п)
Si
2п , - Si 2п ,
—(t -10) —(t
_тн _Тн
d v
(6)
Время, в течение которого амплитуда выходного напряжения превышает 0,5 установившегося значения, назовем длительностью выходного видеоимпульса твых. Длительность упругого волнового пакета в ФУС остается неизменной до, в течение и после акустооптического взаимодействия. Поэтому время спада (время, в течение которого выходное напряжение уменьшается от 0,9 установившегося значения до нуля) будет равно времени нарастания тн. С учетом этого можно показать, что длительность выходного видеоимпульса твых акустооптического процессора для выбранного режима работы будет определяться соотношением:
твых =|т-+ (7)
Из совместного анализа уравнений (4) и (7) следует, что: если т> d|V , то длительности входного т и выходного твых видеоимпульсов будут примерно равны твых« т, а если т<d|V, то длительность выходного видеоимпульса не зависит от длительности входного видеоимпульса и оп-
Puc. 2. Радиоимпульс с прямоугольной огибающей
96
International Scientific Journal for Alternative Energy and Ecology № 8(52) 2007
© 2007 Scientific Technical Centre «TATA»
UAWE
А. М. Пашаев, А. Р. Гасанов, К. Ф. Абдурагимов, М. А. Гурбанов Акустооптический анализатор излучения лазера
Рис. 3. График импульса на выходе АОП при прямоугольном входном воз действии
ределяется апертурой падающего светового пучка, т.е. твых * V .
График выходного напряжения, построенный для ит = IV и К0 = 1, а также V = 3,6 км/с, й = 20 мм, /0 = 2 мкс, т = 1 мкс, изображен на рис. 3.
Этот эффект можно использовать для анализа поперечного распределения интенсивности излучения лазера.
Схема и принцип действия
Структурно-электрическая схема акустооптического анализатора излучения лазера приведена на рис. 4. Здесь используются два идентичных АОМ. Излучение лазера при помощи непрозрачного зеркала М1 расщепляется на два пучка. Первый пучок с диаметром (1 падает в апертуру АОМ1 под углом Брэгга. Второй пучок падает на поверхность непрозрачного зеркала М2, расширяется с помощью конденсора и коллиматора до диаметра ( 2 и падает на поверхность АОМ2 также под углом Брэгга.
В АОМ1 во взаимодействии участвует вся энергия падающего оптического излучения. Генератор импульсов (ГИ) вырабатывает короткие импульсы длительностью т. Формирователь импульсов (ФИ) увеличивает длительность импульсов до тТ = й^/V . В результате длительности радиоимпульсов на выходах импульсных модуляторов ИМ1 и ИМ2 будут разные. Длительность импульса на выходе ФНЧ1 определяется как твых1 = Т, а на выходе ФНЧ2 —
Лазер АП1
Рис. 4. Акустооптический анализатор излучения
Международный научный журнал «Альтернативная энергетика и экология» № 8(52) 2007 © 2007 Научно-технический центр «TATA»
Твых1 = d2/v, т.е. импульсы на выходах ФНЧ1 и ФНЧ2 имеют одинаковую длительность. Однако амплитуда импульса на выходе ФНЧ2 изменяется по закону поперечного распределения интенсивности излучения лазера. Масштабный усилитель (МУ) с регулируемым коэффициентом усиления позволяет сбалансировать амплитуды импульсов на входах вычитающего устройства (ВУ). Эти импульсы будут иметь равные длительности. Различие амплитуд будет обусловлено только неравномерностью распределения интенсивности в поперечном сечении излучения лазера. В этих условиях напряжение р(х) на выходе ВУ будет отражать закон поперечного распределения интенсивности излучения лазера по координате х. Математическая модель функции р(х) может быть составлена на основе формулы (6):
р(х) = [К(х) - Ко ] х п
\Si
2п / \ - Si
— (t - to)
_тн _
2п,
—\t -t0 —т
Тн V v V
(8)
где К(х) — коэффициент передачи АОП на АОМ2, учитывающий закон поперечного распределения
интенсивности излучения лазера по координате х и коэффициент усиления МУ.
Выводы
Используя АОМ с высокой рабочей частотой можно получить достаточно высокое разрешение. Выход системы может быть сопряжен с ЭВМ. Устройство может быть изготовлено в микроминиатюрном исполнении.
Список литературы
1. Анализатор пространственно-энергетических характеристик импульсного и непрерывного инфракрасного лазерного излучения. Код ГРНТИ - 594131, от 16.03.2004.
2. http://www.ophiropt.com/laser/ru/ products.htm
3. Пашаев А. М., Гасанов А. Р. Акустооптический преобразователь временного масштаба // Радиотехника и электроника. 1997. Т. 42, № 5. С.606-608.
4. Анго А. Математика для электро- и радиоинженеров. М.: Наука, 1967.
Сверхсрочная публикация в Международном научном журнале «Альтернативная энергетика и экология»
По просьбам авторов редакцией Международного научного журнала «Альтернативная энергетика и экология» предоставляется возможность сверхсрочной публикации рукописей объемом до 9 страниц.
Для того, чтобы воспользоваться услугой сверхсрочной публикации, необходимо написать заявление в редакцию и подготовить рукопись и сопроводительные документы в соответствии с правилами оформления рукописей.
В случае публикации рукописи автора(ов), воспользовавшихся услугой сверхсрочной публикации ранее установленного срока, дополнительная плата не взимается.
В случае отсутствия заявления и в случае, если рукопись публикуется раньше 60 дней, плата не взимается.
В случае превышения объема рукописи 9 страниц стоимость услуги увеличивается на 25 %.
Услуга сверхсрочной публикации включает следующие работы:
1) рассмотрение возможности публикации рукописи на научно-техническом совете редакции журнала;
2) в случае получения положительного решения рукопись проходит рецензирование (5 рецензентов);
3) после получения положительных отзывов рецензентов принимается окончательное решение о возможности опубликования статьи в журнале;
4) размещение интернет-версии статьи (развернутая аннотация) на сайтах информационной систмы «Водород» (http://www.hydrogen.ru, http://isjaee.hydrogen.ru)
5) структурирование рукописи;
6) научное редактирование;
7) литературное редактирование, корректура;
8) верстка статьи в журнале и графическое оформление;
9) направление РКР-версии статьи электронной почтой для авторской правки (срок оговаривается заранее). На согласование РКР-версии автору отводится 48 ч. В случае задержки ответа от автора срок публикации увеличивается на количество задержанных дней;
10) внесение авторских правок и замечаний;
11) пересылка автору окончательной РКР-версии статьи в день от указанного срока и отправка срочной почтой 2 твердых копий журнала со статьей автора(ов) в день выхода журнала.
Стоимость услуги сверхсрочной публикации
Срок публикации, дней Стоимость, РУб- Срок публикации, дней Стоимость, РУб-
15 10000 40 5000
20 9000 45 4000
25 8000 50 3000
30 7000 55 2000
35 6000 60 и более бесплатно
International Scientific Journal for Alternative Energy and Ecology № 8(52) 2007
© 2007 Scientific Technical Centre «TATA»
«
»
Лльте^ыатмёыая эые^гетмпа м жологмя
Редколлегия Международного научного журнала «Альтернативная энергетика и экология» поздравляет члена редакционного научного совета 18^ЕЕ, академика РАН Рыжова Юрия Алексеевича с присуждением Ордена Чести «За честь и достоинство в науке»
1
ж i
¿«
КЗвР
w
Академик Юрий Алексеевич РЫЖОВ (28.10.1930, Москва) — выдающийся российский ученый в области аэродинамики, крупный государственный и политический деятель, дипломат, организатор высшего образования. Председатель Российского Пагуошского комитета при Президиуме Российской академии наук с 27 февраля 2001 года.
Академик Ю. А. Рыжов внес большой вклад в развитие аэродинамики сверхбольших скоростей, динамики разряженного газа, теории взаимодействия частиц атомного масштаба с поверхностью и неравновесных процессов в потоке газа, теории нестационарного теплообмена. Работы академика Ю. А. Рыжова нашли широкое практическое применение при создании ракет «воздух - земля» и «земля - воздух», летательных аппаратов нового типа и посадочного аппарата для Венеры.
Работы академика Ю. А. Рыжова в области аэродинамики летательных аппаратов посвящены обобщению теории тонкого тела, теории кольцевого крыла при сверхзвуковых скоростях полета. Труды в области неравновесной конденсации. Разработал газодинамический метод получения ультрадисперстных материалов. Выполнил цикл исследований процесса взаимодействия частиц атомарного масштаба с поверхностью твердых тел и процессов энерго- и массообмена при взаимодействии плазмы с конструкционными материалами. В 1983-1986 гг. под руководством академика Ю. А. Рыжова создан прибор «Фотон», который был установлен на космических аппаратах «Вега» и позволил получить уникальные данные о пылевой составляющей кометы Галлея.
Академик Ю. А. Рыжов автор фундаментальных научных монографий и ряда статей в области механики. Среди них:
1). Тепловые и гидродинамические процессы в колеблющихся потоках. М.: 1977;
2). Экспериментальные методы в механике разряженного газа. М.: 1981;
3). Регистрация пылевых частиц в окрестностях ядра кометы Галлея прибором «Фотон». М.: 1987.
С середины 1980-х гг. академик Ю. А. Рыжов активно включился в общественно-политическую жизнь страны.
Этапы научной биографии:
1954 г. Окончил Московский физико-технический институт (специальность — «аэромеханика»).
1954-1958 гг. Инженер Центрального аэрогидродинамического института им. профессора Н. Е. Жуковского.
1958-1960 гг. Старший инженер Научно-исследовательского института тепловых процессов.
1960-1992 гг. Доцент, профессор, заведующий кафедрой аэродинамики летательных аппаратов, проректор, первый проректор, ректор Московского авиационного института (МАИ).
С 1994 г. Президент Международного инженерного университета.
С 2003 г. Заведующий кафедрой аэродинамики летательных аппаратов Московского авиационного института.
Международный научный журнал «Альтернативная энергетика и экология» № 8(52) 2007 © 2007 Научно-технический центр «TATA»
Этапы государственной и общественно-политической деятельности:
1987-1990 гг. Депутат Моссовета.
1989-1991 гг. Народный депутат СССР, член Президиума Верховного Совета СССР, председатель Комитета по науке, образованию и культуре Верховного Совета СССР. Один из основателей и руководителей Межрегиональной депутатской группы Съезда народных депутатов СССР. Член Политического консультативного Совета при Президенте СССР, заместитель председателя Высшего координационно-консультативного совета при Председателе Верховного Совета РСФСР.
1991-1999 гг. Член Президентского совета Российской Федерации.
1992-1999 гг. Чрезвычайный и Полномочный посол Российской Федерации во Французской Республике.
27 февраля 2001 г. постановлением Президиума Российской академии наук академик Юрий Алексеевич Рыжов был утвержден председателем Российского Пагуошс-кого комитета. С этого периода он принимает самое активное участие в работе Пагу-ошского движения ученых. В 2002 г. академик Ю. А. Рыжов был избран членом Пагу-ошского совета.
Академик Ю. А. Рыжов является председателем Научного совета РАН «История мировой культуры», заместителем председателя редакционного совета Издательства «Машиностроение», членом Бюро Научного совета по Государственной научно-технической программе «Управляемый термоядерный синтез и плазменные процессы», членом Российского национального комитета по теоретической и прикладной механике, председателем Жюри научной секции Премии «Триумф», председателем Экспертного совета Ассоциации менеджеров России, членом Совета Центра политических исследований в России (ПИР), членом Никитского клуба при Московской межбанковской валютной бирже, членом Попечительского совета Фонда «ИНДЕМ», членом Всероссийского гражданского конгресса, членом Общественного комитета некоммерческого партнерства "Мир науки", членом Совета по внешней и оборонной политике, членом Попечительского совета Международного центра Рерихов, членом Совета Музея и общественного центра «Мир, прогресс, права человека» им. Андрея Сахарова, членом Ученого совета Архива Российской академии наук, одиним из лидеров Общественного комитета в защиту ученых.
Научные звания: доктор технических наук (1970 г.), профессор (1972 г.), член-корреспондент Академии наук СССР (1981 г.), действительный член (академик) Академии наук СССР (1987 г.), с 1991 г. — Российской академии наук. Состоит в Отделении энергетики, машиностроения, механики и процессов управления РАН (Секция механики).
Дипломатический ранг: Чрезвычайный и Полномочный Посол (1992 г.)
Академик Ю. А. Рыжов — кавалер ордена «За заслуги перед Отечеством» III степени (1999 г.), ордена Октябрьской Революции (1986 г.), ордена Трудового Красного Знамени (1970 г.), ордена «Знак Почета» (1976 г.), ордена Большого офицера Почетного Легиона (Франция, 1999 г.), лауреат Государственной премии СССР (1983 г.), премии Президента Российской Федерации (2000 г.), премии им. Н. Е. Жуковского «За лучшую работу по теории авиации» (1988 г.), удостоен многих наград российских и зарубежных академий и научных обществ .
Орден Чести «За честь и достоинство в науке»
International Scientific Journal for Alternative Energy and Ecology № 8(52) 2007
© 2007 Scientific Technical Centre «TATA»
