Принцип работы лазерного дальномера

В США разрабатывается  голографический координатор для  распознавания и сопровождения целей. Основным назначением такого коррелятора является выработка и контроль сигналов управления наведения ракеты на среднем и заключительном участках траектории полета. Это достигается путем мгновенного сравнения изображений земной поверхности, находящейся в поле зрения системы в нижней и передней полусфере, с изображением различных участков земной поверхности по заданной траектории, хранимым в запоминающем устройстве системы. Таким образом обеспечивается возможность непрерывного определения местонахождения ракеты на траектории с использованием близко лежащих участков поверхности, что позволяет проводить коррекцию курса в условиях частичного затемнения местности облаками. Высокая точность на заключительном этапе полета достигается с помощью сигналов коррекции с частотой меньше 1 Гц. Для системы управления ракетой не требуется инерциальная система координат и координаты точного положения цели. Как сообщается, исходные данные для данной системы должны обеспечиваться предварительной аэро- или космической разведкой и состоять из серии последовательных кадров, представляющих собой Фурье-спектр изображения или панорамные фотографии местности, как это делается при использовании существующего площадного коррелятора местности. Применение этой схемы, как утверждают специалисты, позволит производить пуски ракет с носителя, находящегося вне зоны ПВО противника, с любой высоты и точки траектории, при любом ракурсе, обеспечит высокую помехоустойчивость, наведения управляемого оружия после пуска по заранее выбранным и хорошо замаскированным стационарным целям. Образец аппаратуры включает в себя входной объектив, устройство преобразования текущего изображения, работающего в реальном масштабе времени, голографической линзовой матрицы, согласованной с голографическим запоминающим устройством лазера, входного фотодетектора и электронных блоков. Особенностью данной схемы является использование линзовой матрицы из 100 элементов, имеющих формат 10x10. Каждая элементарная линза обеспечивает обзор всей входной аппаратуры и, следовательно, всего сигнала от поступающего на вход изображения местности или цели. На заданной фокальной плоскости образуется соответственно 100 Фурье спектров этого входного сигнала. Таким образом, мгновенный входной сигнал адресуется одновременно к 100 позициям памяти. В соответствии в линзовой матрице изготавливается голографическая память большой емкости с использованием согласованных фильтров и учетом необходимых условий применения. Сообщается, что на этапе испытания системы был выявлен ряд ее важных характеристик.  Высокая обнаружительная способность как при низкой, так и при высокой контрастности изображения, способность правильно опознать входную

информацию, если даже имеется только часть ее. Возможность плавного автоматического перехода сигналов сопровождения при смене одного изображения местности другим, содержащимся в запоминающем устройстве.

Применение лазеров  в компьютерной технике:

Основным примером работы полупроводниковых лазеров является магнитно-оптический накопитель (МО).                

    МО накопитель построен на совмещении магнитного и оптического принципа хранения информации. Записывание информации производится при помощи луча лазера и магнитного поля, а считывание при помощи одного только лазера.

   В  процессе  записи  на  МО  диск  лазерный   луч  нагревает определенные  точки  на  диске,  и  под  воздействием  температуры сопротивляемость изменению полярности, для нагретой точки,  резко падает, что позволяет магнитному полю изменить полярность  точки. После окончания нагрева сопротивляемость снова  увеличивается  но полярность нагретой точки  остается  в  соответствии  с  магнитным полем  примененным  к  ней  в  момент  нагрева.  В  имеющихся  на сегодняшний день МО накопителях для записи информации применяются два цикла, цикл стирания  и  цикл  записи.  В  процессе  стирания магнитное  поле  имеет  одинаковую   полярность,   соответствующую двоичным  нулям.  Лазерный  луч  нагревает  последовательно  весь стираемый  участок   и   таким   образом  записывает   на   диск последовательность нулей. В цикле записи  полярность  магнитного поля  меняется  на  противоположную,  что соответствует двоичной единице. В этом цикле лазерный  луч включается  только  на  тех участках, которые должны содержать двоичные единицы,  и  оставляя участки с двоичными нулями без изменений.

   В процессе  чтения  с  МО  диска  используется  эффект  Керра, заключающийся  в  изменении  плоскости  поляризации   отраженного лазерного луча, в  зависимости  от  направления  магнитного  поля отражающего  элемента.  Отражающим  элементом  в  данном   случае является намагниченная при записи  точка  на  поверхности  диска, соответствующая одному биту хранимой информации.  При  считывании используется лазерный луч небольшой интенсивности, не  приводящий к нагреву считываемого  участка,  таким  образом,  при  считывании хранимая информация не разрушается.

   Такой способ  в отличие от обычного применяемого  в  оптических дисках не деформирует поверхность  диска  и  позволяет  повторную запись без дополнительного оборудования. Этот способ также имеет преимущество  перед традиционной  магнитной записью   в   плане надежности. Так как перемагничеваниие  участков  диска  возможно только  под  действием  высокой   температуры,   то   вероятность случайного  перемагничевания   очень   низкая,   в   отличие   от традиционной магнитной записи, к потери  которой  могут  привести случайные магнитные поля.

Область  применения  МО  дисков  определяется   его   высокими характеристиками по надежности, объему  и  сменяемости.  МО  диск необходим для задач, требующих  большого  дискового  объема,  это такие задачи,  как  САПР,  обработка  изображений  звука.  Однако небольшая  скорость  доступа  к  данным,  не   дает   возможности применять МО диски для задач с  критичной  реактивностью  систем. Поэтому применение МО дисков в таких задачах сводится к  хранению на них временной или резервной информации. Для  МО  дисков  очень выгодным использованием является  резервное  копирование  жестких дисков или баз данных. В отличии от традиционно  применяемых  для этих целей стримеров, при хранение  резервной  информации  на  МО дисках, существенно увеличивается скорость восстановления  данных после  сбоя.  Это  объясняется  тем,  что   МО   диски   являются устройствами   с    произвольным    доступом,    что    позволяет восстанавливать только те  данные,  в  которых  обнаружился  сбой. Кроме этого при таком  способе  восстановления  нет  необходимости полностью останавливать систему до полного восстановления данных. Эти  достоинства  в  сочетании  с  высокой надежностью   хранения информации делают применение МО дисков при резервном  копировании выгодным, хотя и более дорогим по сравнению со стримерами.

   Применение  МО  дисков,  также  целесообразно   при  работе  с приватной информацией больших объемов. Легкая сменяемость  дисков позволяет использовать их только во время работы, не заботясь  об охране компьютера в нерабочее  время,  данные  могут  хранится  в отдельном, охраняемом месте. Это же  свойство  делает  МО  диски незаменимыми  в  ситуации,  когда необходимо  перевозить  большие объемы с места на место, например с работы домой и обратно.

   Основные перспективы  развития МО дисков связанны  прежде всего с  увеличением   скорости  записи   данных.   Медленная   скорость определяется в первую очередь  двухпроходным  алгоритмом  записи. В этом алгоритме нули и единицы пишутся за разные проходы,  из-за того,  что  магнитное  поле,  задающие  направление   поляризации конкретных точек на диске, не  может  изменять  свое  направление достаточно быстро.

   Наиболее реальная  альтернатива  двухпроходной   записи  -  это технология, основанная на  изменение  фазового  состояния.  Такая система  уже  реализована  некоторыми  фирмами   производителями. Существуют еще несколько разработок в этом направлении, связанные с полимерными красителями  и  модуляциями  магнитного  поля   и мощности излучения лазера.

   Технология  основанная  на  изменении   фазового   состояния, основана на способности вещества переходить  из  кристаллического состояния в аморфное. Достаточно  осветить  некоторую точку на поверхности диска лучом лазера  определенной   мощности,   как вещество в этой точке перейдет в  аморфное  состояние.  При  этом изменяется отражающая способность  диска  в  этой  точке.  Запись информации происходит значительно быстрее, но при  этом  процессе деформируется поверхность диска, что  ограничивает  число  циклов перезаписи.

    Технология  основанная  на   полимерных   красителях,   также допускает повторную запись. При этой технологии поверхность диска покрывается   двумя   слоями   полимеров,   каждый   из   которых чувствителен   к   свету   определенной   частоты.   Для   записи используется частота, игнорируемая верхним слоем, но  вызывающая реакцию в нижнем. В точке падения луча нижний  слой  разбухает  и образует выпуклость, влияющую на отражающие свойства  поверхности диска.  Для  стирания  используется  другая  частота,  на  которую реагирует только верхний слой полимера,  при  реакции  выпуклость сглаживается. Этот метод,  как  и  предыдущий,  имеет  ограниченное число циклов записи, так как  при  записи  происходит  деформация поверхности.

   В настоящие  время уже разрабатывается технология  позволяющая менять полярность  магнитного поля  на  противоположную   всего  за несколько  наносекунд.  Это позволит  изменять  магнитное   поле синхронно с поступлением данных на запись. Существует  также   технология,   построенная   на   модуляции излучения лазера. В этой технологии  дисковод  работает  в  трех режимах - режим чтения с низкой интенсивностью, режим  записи  со средней интенсивностью и режим записи с  высокой  интенсивностью. Модуляция интенсивности  лазерного  луча  требует  более  сложной структуры    диска,  и    дополнения    механизма     дисковода инициализирующим магнитом, установленным перед магнитом  смещения и имеющим противоположную полярность. В самом простом случае диск имеет  два  рабочих  слоя  -  инициализирующий  и   записывающий. Инициализирующий   слой   сделан   из   такого   материала,   что инициализирующий  магнит  может  изменять  его   полярность   без дополнительного   воздействия   лазера.   В    процессе    записи инициализирующий слой  записывается  нулями,  а  при  воздействии лазерного   луча   средней   интенсивности   записывающий    слой намагничивается инициализирующим, при  воздействии  луча  высокой интенсивности, записывающий слой намагничивается в соответствии  с полярностью магнита смещения. Таким образом,  запись  данных  может происходить за один проход, при переключении мощности лазера.

   Безусловно,  МО  диски  перспективные  и  бурно  развивающиеся устройства, которые могут решать назревающие проблемы с  большими объемами информации. Но их дальнейшее развитие зависит не  только от технологии записи на них, но и от прогресса в области  других носителей информации. И если не будет изобретен более эффективный способ хранения информации, МО диски, возможно, займут доминирующие роли.

Заключение

За последнее время  в России и за рубежом были проведены  обширные исследования в области  квантовой электроники созданы разнообразные лазеры, а также приборы, основанные на их использовании. Лазеры теперь применяются в  локации и в связи, в космосе и на земле, в медицине и строительстве, в вычислительной технике и промышленности, в военной технике. Появилось новое научное направление - голография, становление и развитие которой также немыслимо без лазеров.

Однако, ограниченный объем  этой работы не позволил отметить такой  важный аспект квантовой электроники, как лазерный термоядерный синтез, об использовании лазерного излучения для  получения термоядерной плазмы, устойчивость светового сжатия. Не рассмотрены такие важные аспекты, как лазерное разделение изотопов, лазерное получение чистых веществ, лазерная химия и многое другое.

Мы еще не знаем, а  вдруг может  произойти   научная “революция” в мире,  основанная на сегодняшних достижениях лазерной техники. Вполне возможно, что лет через 50  действительность окажется гораздо богаче нашей фантазии…

Может быть, переместившись в “машине времени” на 50 лет вперед, мы увидим мир, затаившийся под прицелом лазеров. Мощные лазеры, нацелившись из укрытий на космические аппараты и спутники. Специальные зеркала на околоземных орбитах  приготовились отразить в нужном направлении беспощадный лазерный луч, направить его на нужную цель. На огромной высоте зависли мощные гамма-лазеры, излучение которых способно в считанные секунды уничтожить все живое в любом городе на Земле. И негде укрыться от грозного лазерного луча - разве, что спрятаться в глубоких подземных убежищах.

Но это все фантазии. И не дай бог она превратиться в реальность.

Все это зависит от нас, от наших действий сегодня, от того, насколько активно все мы будет  относиться к достижениям нашего разума  правильно, и направлять   наши решения в достойное русло  этой  необъятной “реки”,  имя которой – лазер.

Список использованной литературы

1. Авиация и космонавтика № 5 1981г. с 44-45
2. Брюннер В., Юнге К. Справочник по лазерной технике. / Под ред. А.П.
3. Горный С.Г. «Применение лазеров в ювелирной отрасли» 2002г. (Интернет)
4. Донина Н.М. Возникновение квантовой электроники. М.: Наука, 1974.
5. Квантовая электроника  М.: Советская энциклопедия, 1969.
6. Карлов Н.В. Лекции по квантовой электронике. М.: Наука, 1988.
7. Лазеры в авиации (под ред. Сидорина В.М.) Воениздат 1982г.
8. Напартовича. М.: Энергоатомиздат, 1991.
9. Орлов В.А. Лазеры в военной технике Воениздат  1986г
10. Петровский В.И. “Локаторы на лазерах “ Воениздат
11. Реди Дж. “Промышленной применение лазеров” Мир 1991г.
12. Приезжев А.В., Тучин В.В., Шубочкин Л.П. Лазерная диагностика в биологии и медицине. М.: Наука, 1989.
13. Тарасов Л.В.  “Знакомьтесь - лазеры”  Радио и связь 1993 г
14. Тарасов Л.В.  “Лазеры действительность и надежды” изд Наука 1985г
15. Тарасов Л.В. Физика процессов в генераторах когерентного оптического
16. излучения. М.: Радио и связь, 1981.
17. Федоров Б.Ф. “Лазерные приборы и системы летательных аппаратов “ Машиностроение 1988г.
18. Федоров Б.В. “Лазеры  основы устройства и применение” ДОСААФ 1990г.