отдается розеточнои траектории, так как прн этом оптическая ось веркала многократно пересекает наблюдаемый объект, что у|;еличивает вре. я €Г0 обзора за один цикл сканирования.

В инфракрасных системах автоматического сопровождения движущихся объектов находят также применение сканирующие устройства, основанные на использовании трехстепенных гироскопов. Фокусирующее зеркало устанавливают непосредственно на ротор гироскопа илн в карданный узел, связанный с рамками гироскопа. Для сканирования в режиме поиска цели на датчики коррекционых моментов, связанные с осями вращения рамок гироскопа, подаются переменные напряжения. Изменением характеристик этих напряжений можно получить широкий набор траекторий сканирования.

5.3. УСТРОЙСТВА УПРАВЛЕНИЯ ЛУЧОАЛ ЛАЗЕРА

Ра-работка различных информационных устройств, использующих лазер, привела к развитию способов и средств управления ориентацией луча лазера, сочетающих большую скорость отклонения с высокой разрешающей способностью. К возможным областям применения этих способов и средств тносятся:

1) сканирование в оптических линиях передачи информации, системах обнаружения целей и оптической локации;

2) растровая развертка луча лазера в устройствах генерации видеосигналов;

3) строчная развертка в системах проекционного телевидения;

4) строчная развертка в системах записи на пленку телевизионных или радиолокационных видеосигналов;

5) сканирование луча лазера для записи, считывания или стирания в устройствах, обрабатывающих оптическую информацию, и в оптических вычислительных приборах.

Основные требования, предъявляемые к устройствам, управляющим отклонением луча лазера, заключаются в большой скорости и высокой точности отклонения луча, малых потерях энергии излучения лазера, неболь-.ших фазовых искажениях фронта оптической волны, умеренном уровне управляющего напряжения, линейности отклонения.

Устройства для отклонения луча лазера можно разделить на внешние по отношению к источнику оптического излучения и внутренние, составляющие единое целое с источником излучения. Во внешних устройствах используют управляемые отражатели, управляемые преломляющие системы, рефракционные интерференционные и поляризационные элементы. Принцип действия внутренних устройств основан на селекции определенных типов колебаний в оптическом резонаторе лазера

В зависимости от характера отклонения луча различают устройства для непрерывного отклонения луча по заданной программе и дискретного отклонения. Ниже рассматриваются отклоняющие устройства только первой группы.

Вопросы управления ориентацией луча лазера являются сравнительно новыми и интерес к ним неуклонно возрастает. Поэгому способы и средства, служащие для отклонения луча, непрерывно совершенствуются и не могут в настоящее время считаться окончательно отработанными.

Первые методы управления световым лучом были основаны на использовании оптнко-механических сканирующих устройств. Для этого применяли плоские зеркала, укрепленные па токопроводящей нити и подвешенные в постоянном магнитном поле. Прн пропускании переменного тока по нити зеркало совершало колебательные движения и световой луч, отраженный от зеркала, периодически отклонялся от среднего положения. Верхний предел частот отклонения луча ограничивался моментом инерции системы нить- зерка.г10 (10 ... 13 кГц).

Используя механический разонанс системы крепления зеркала, удавалось получить большие отклонения луча прн малых мощностях сигнала

управления. Так, например, устройство, состоящее из зеркала, прикрепленного к одному из концов крутильного камертона, обеспечивало сканирование луча в пределах угла ± 2,5* с частотой до 1600 Гц при размерах отражательного зеркала 5X5 мм.

В дальнейшем для периодического колебания зеркала начали применять пьезоэлектрические материалы. При изменении параметров электрического поля, наложенного на пьезоматернал, зеркало, прикрепленное к последнему, совершает колебательные или вращательные движения.

В одном из образцов отклоняющего устройства сканирующий по кругу луч лазера (с частотой 15,75 кГц) направляется к круглому концу волоконного светопровода (рис. 5.24), второй конец которого сделан линейным. Благодаря этому сканирование по кругу преобразуется в сканирование по прямой линии, в .рассматриваемом случае - по горизонтали. Для получения сканирования по вертикали (с частотой 60 Гц) применяется зеркало, связанное с якорем электромагнитного механизма.

Большая скорость отклонения луча лазера может быть достигнута при помощи вращающихся зеркал. Так как зеркало вращается в одну сторону, то развертка производится по пилообразному закону, причем каждой грани зеркала соответствует одна строка развертки. Максимальная скорость развертки ограничена прочностью зеркального барабана. Кроме того, при боль ших скоростях грани зеркала искривляются, поэтому необходимо применять оптическую коррекцию.

Максимальная скорость зеркала, изготовленного из бериллия, принимается равной 500 м/с; при этой скорости шестигранное вращающееся зеркало обеспечивает частоту развертки 31 кГц, если считать, что на обратный ход луча затрачивается 10% от полного периода развертки.

В отклоняющем устройстве с оптико-механическим сканированием (рис. 5.25) два трехгранных зеркала 2 укреплены на общей оси и вращаются двигателем 1. Зеркала повернуты одно относительно другого на угол 60°. Излучение лазера 8 коллнмнруется линзой 7 и с помощью вспомогательных зеркал 4 и б и линз 3 направляется на поверхности вращающихся зеркал. Лучи, отражаемые попеременно от каждой поверхности зеркал, обеспечивают

Рис. 5.24

Рис. 5.25

Рис. 5.24. Отклоняющее устройство с пьезоэлектрическим вибратором! 1 < лазер; i - коллимирующая линза; 3 - волоконный светопровод; 4 - вибрирующее зеркало; S пьезоэлектрический вибратор; 6 - объектив; 7 - узел сканирования по вертикали.

Рис. 5.25. Отклоняющее устройство с оптико-мехаиическим сканированием: 1 - двига* тель; 2 - трехгранные призмы; 3. 7 -линзы; 4, 6 - отклоняющие зеркала; в -лазер.

Рис Б 26. Устройство для отклонения луча лазера, основанное на использовании среды с перемсниым показателем преломления.

Рнс 5.27. Ультразвуковое отклоняющее устройство: / - падающий луч; г - отражатель 3 - жидкость; 4 - отклоненный луч; 5 - ультразвуковой излучатель.

Рис. 5.26

сканирование в секторе, равном 120°. Дорожка сканирования луча обозначена цифрой 5. Диаметр пятна составляет 5 мкм. Скорость сканирования может достигать 360 10 диаметров пятна в секунду.

В последние годы для управления ориентацией луча лазера начали применять преломляющие, ультразвуковые, электрооптические, термооптические и дисперсионные отклоняющие устройства.

Принцип действия управляемых преломляющих (/с/тгройсте, служащих для изменения ориентации луча лазера, основан на управлении преломлением излучения в неоднородной среде. Если в среде существует градиент показателя преломления в направлении, перпендикулярном направлению излучения, то нормально падающий луч отклоняется от своего первоначального положения в сторону увеличения показателя преломления. Предположим, что лучи, входящие в преломляющую среду в точках At и А^ (рис. 5.26), синфазны. При малых изменениях показателя преломления и небольшой длине пути лучи проходят через среду почти параллельно осевой линии 00. Если показатель преломления среды п линейно изменяется в направлении, перпендикулярном направлению распространения лучей, т. е. вдоль линии AiA, то по мере распространения лучей в среде между ним возникает разность фаз, пропорциональная изменению An показателя преломления и расстоянию L.

Разность фаз лучей в точках Bf и Вг Дф = 4 nL-AnAj. где Яд - длина волны падающего излучения в пустоте.

Обозначив CBi - след поверхности равных фаз для пучка лучей,выходящих из среды, определим угол отклонения лучей 6 sin 6 = d/BiB-Подставив в равенство Дф = 2 яйДо вместо Аф его значение, получим

Рис. 5.27

откуда d - 2 LAn и, следовательно, 6=2 LA/i/BiBj.

Обычно Art невелико, поэтому для получения значительных углов отклонения луча целесообразно величину L выбирать большой.

Имеется несколько способов получения переменного показателя преломления. Наиболее распространенные способы основаны на формировании в