Теория и расчет оптико-электронных приборов - Якушенков Ю.Г.
ISBN 5-88439-035-1
Скачать (прямая ссылка):
Системы с фазовым сопряжением. В этих системах излучение, создаваемое передающей оптической системой, отражается от малого участка наблюдаемого объекта, образуя волну, которая, проходя через среду распространения к приемной системе (возвращаясь обратно к приемопередающей оптико-электронной системе), претерпевает в этой среде фазовые искажения. Отклонения фазы пришедшей волны от фазы идеальной сферической волны измеряются в отдельных точках или участках входного зрачка приёмной системы с помощью датчиков волнового фронта и вводятся с обратным знаком в фазу волны, посылаемой к объекту. Схема одного из вариантов такой системы представлена на рис. 13.2.
Излучение, создаваемое источником — лазером 1, с помощью све-тоделительных зеркал 4, направляется к удалённому объекту 12. Волну 6 на выходе из системы в начальный момент времени условно считаем плоской. После прохождения волной возмущающей среды 9 (например, турбулентной атмосферы) фазовый фронт искажается (на рис. 13.2 это условно показано штриховой линией 10). Если на поверхности объекта имеется участок с достаточно высоким коэффициентом отражения, причём размер этого участка меньше разрешения системы,
397Ю.Г. Якушенков. Теория и расчет оптико-электронных приборов
Рис.13.2. Система с фазовым сопряжением то этот участок — «блестящая точка», создающая блик, может рассматриваться как точечный источник отраженной сферической волны 13.
Сферическая волна, проходя через возмущающую среду, искажается, и на вход приёмопередающей системы, т.е. на фазовые корректоры (фазовращатели) 5, поступает волна 7. Фазовые отклонения этой волны от идеальной могут быть измерены гетеродинным методом. На приемнике 3 происходит сравнение фаз волны 7 и опорного сигнала, являющегося частью излучения лазера, прошедшего через полупрозрачные делители 4 и отражённого от зеркала 14. В электронных блоках 2 образуются сигналы, пропорциональные фазовым искажениям отдельных участков волны 7. Эти сигналы управляют фазовыми корректорами таким образом, что выходящая волна 8 становится сопряжённой волне 7, т.е. волны 7 и 8 оказываются сопряжёнными по фазе. Если искажения в среде на пути волны к объекту и на обратном пути от объекта к приемопередающей системе одинаковы, т.е. например, за время распространения излучения к объекту и обратно и за время определения и ввода фазовых искажений в переотражённую волну 8 не происходит изменений в фазовой структуре среды, то прошедшая «вторично» искажающую среду волна 11 будет сферической (произойдёт взаимная компенсация отклонений фаз, внесённых корректорами, и фазовых искажений, вносимых средой). Излучение будет собираться на «блестящую точку» объекта.
Аналогичным образом работают системы с адаптацией принимаемой волны (рис. 13.3). В них часть принятого от источника оптического сигнала с искажённым после прохождения неоднородности волновым фронтом направляется после объектива 2 через светоделитель
398Глава 13. Адаптация в оптико-электронных приборах
5 на датчик волнового фронта (приемник тракта коррекции) 8. В процессоре 9 разделяется информация о высоких порядках фазовых искажений, которая поступает на корректор локальных искажений волнового фронта 4 через его привод 7, и информация об общем наклоне фронта волн, поступающая на корректор наклона волнового фронта 1 через привод 3. В результате двойной коррекции на основном приёмнике излучения 6 формируется высококачественное изображение.
Рис.13.3. Система с адаптацией принимаемой волны
Системы последнего типа используются для компенсации размытия изображений путем автоматической фокусировки изображения. В качестве устройства воздействия на волновой фронт могут использоваться так называемые активные оптические элементы — секционированные зеркала, зеркала с непрерывной деформируемой поверхностью, многоэлементные оптические системы [23, 36]. Отдель-
399Ю.Г. Якушенков. Теория и расчет оптико-электронных приборов
ные элементы таких систем обеспечивают корректировку определенных возмущений волнового фронта — его наклоны, расфокусировку и т.д. Мерой качества адаптации в них может служить значение интеграла
¦ jjE(x,y)A(x,y)dxdy,
* У
где Е(х, у) — распределение освещённости в плоскости изображения (плоскости анализа); А(х, у) — пропускание растра анализатора, установленного в плоскости изображений; х и у линейные координаты. Максимизация I является основной задачей таких адаптивных систем.
Достоинствами систем с фазовым сопряжением являются высокое быстродействие и высокая чувствительность при больших расстояниях до наблюдаемого объекта. К их недостаткам можно отнести, в первую очередь, сложность приемной системы, в которой необходимо совмещать приемный и передающий каналы.
Системы с апертурным зондированием. Принцип апертурного зондирования основан на внесении в волновой фронт некоторых пробных возмущений, которые преобразуются в амплитудные возмущения сигнала. В системах активного типа (системах с адаптацией выходящей волны) максимизируется освещенность на объекте (на блестящей точке); она получается путём наложения колебаний, создаваемых в каждом из каналов, на которые разбивается передающая апертура.