Лазерное приемное устройство

Лазерное приемное устройство

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Изобретение относится к области лазерной техники и предназначено для использования в лазерных локационных системах и в системах лазерной наземной и космической связи в качестве высокочувствительного приемного устройства, а также в физической аппаратуре для регистрации слабых оптических излучений. Предлагаемое устройство относится к классу лазерных приемных устройств (ЛПУ), использующих метод лазерного гетеродинирования при регистрации и обработке лазерных сигналов локации и связи. Данный метод приема оптических сигналов имеет ряд преимуществ перед более распространенным методом приема оптических сигналов, основанным на прямом детектировании регистрируемого оптического излучения с помощью фотоприемников различных типов. Наибольшее распространение при осуществлении метода прямого фотодетектирования излучений оптического диапазона получили различные фотоприемные устройства (фотодиоды), созданные на основе полупроводниковой техники и работающие в диапазонах видимого и инфракрасного спектра. Однако данные фотоприемники обладают рядом недостатков, препятствующих их применению в специальной высокочувствительной аппаратуре. Так, например, фотоприемники на основе полупроводниковых элементов обладают невысокой чувствительностью в наиболее важном ближнем инфракрасном диапазоне длин волн, а также обладают низкой помехозащищенностью вследствие относительно широкой спектральной полосы чувствительности. При построении приемных устройств на основе этих фотоприемников используются интерференционные фильтры, которые снижают чувствительность приемного устройства в целом, не обладают возможностью перестройки принимаемой длины волны, а также в ряде случаев недостаточно узкополосны.

Известен приемник оптического излучения по патенту РФ [1] №2516007, содержащий датчик оптического излучения на основе фотодиода, электронный усилитель, резистор обратной связи, дополнительные дифференциальные усилители. Недостатком данного приемника оптических излучений является невысокая чувствительность, определяемая чувствительностью используемого фотоприемника (фотодиода), а также низкая помехозащищенность по отношению к внешним фоновым засветкам и помеховым сигналам.

Известны способы усиления электромагнитных оптических сигналов на основе эффекта вынужденного испускания фотонов при прохождении фотонного излучения через активную среду [2], [3], на основе которых разработаны лазерные усилители оптических сигналов различных типов.

Наиболее эффективный из лазерных усилителей, получивший наименование активный квантовый фильтр [3], [4], работающий на длине волны атомарного перехода возбужденного атома иода, обладает высокой помехозащищенностью и предельно высокой чувствительностью, ограниченной квантовым пределом. Данный лазерный усилитель находит применение в современных системах лазерной локации и дальней космической связи [5], [6]. Однако данный эффективный лазерный усилитель обладает и рядом недостатков, препятствующих его широкому применению в системах лазерной локации и связи. К таким недостаткам относится возможность работы данного усилителя только на одной оптической длине волны перехода атома иода в ближнем инфракрасном диапазоне длин волн, значительная сложность перестройки длины волны приема оптического излучения вблизи указанной рабочей длины волны атома иода, необходимая для осуществления компенсации доплеровского сдвига, а также значительная сложность конструкции данного лазерного усилителя, требующего для своей работы специальных устройств прокачки рабочей газовой среды.

Известно устройство для оптического смешения сигналов в приемниках оптического излучения гетеродинного типа по патенту РФ [7] №2107997. Устройство содержит оптическую антенну, светоделитель, диафрагму, световод, пъезопреобразователь и гетеродинный лазер. К недостаткам данного устройства следует отнести низкую чувствительность, обусловленную тем, что возбуждение пъезопреобразователя осуществляется за счет энергии входного принимаемого оптического излучения, в результате чего в световоде генерируется ультразвуковая волна, обеспечивающая смешение принимаемого и гетеродинного лазерных излучений

Известно приемное устройство оптического диапазона длин волн гетеродинного типа, приведенное в монографии [8] на стр. 77, рис 3.4. Устройство содержит оптическую антенну (приемный объектив), светоделитель, диафрагму, фотодетектор, усилитель электрических сигналов и гетеродинный лазер. Данное устройство обладает потенциально более высокой чувствительностью при приеме оптических сигналов, чем чувствительность входящего в него фотодетектора (фотодиода), за счет использования потенциально более чувствительного гетеродинного метода приема оптических сигналов. Однако эта потенциально высокая чувствительность в данном случае не достигается вследствие влияния собственных шумов фотоприемника и электронного усилителя детектируемых сигналов с выхода фотоприемника. К недостаткам данного устройства следует также отнести снижение чувствительности при изменении частоты принимаемого лазерного излучения вследствие доплеровского сдвига частоты при слежении за движущимся объектом и отсутствие возможности компенсации доплеровского сдвига частоты, также, как и отсутствие возможности перестройки длины волны (частоты) полосы принимаемого лазерного излучения. Следует также отметить характерный для гетеродинного метода приема недостаток: сильную зависимость уровня зарегистрированного оптического сигнала от согласования волновых фронтов на входе фотодетектора принимаемого и гетеродинного лазерных излучений. В качестве прототипа выбрано лазерное приемное устройство гетеродинного типа в приемном канале лазерного локатора, приведенное в монографии [9] Лазерная локация на стр. 245. Рис. 6.15. Данное устройство содержит установленные на оптической оси и оптически связанные приемный объектив, полупрозрачное зеркало (светоделитель), фотоприемник, блок усиления и преобразования, подключенный к блоку управления локатором, а также лазерный гетеродин с формирователем лазерного пучка, блок измерения частоты лазерного излучения, полупрозрачные и отражательные зеркала. К недостаткам данного приемного устройства, входящего в состав лазерного локатора, следует отнести ограниченную чувствительность приема лазерных излучений вследствие влияния ряда технических факторов, к которым относятся собственные шумы фотоприемника, блока усиления и преобразования зарегистрированных электрических сигналов с выхода фотоприемника. В результате этого в данном приемном устройстве не достигается потенциально высокая чувствительность приема лазерных сигналов, приближающаяся к квантовому однофотонному пределу. В данном приемном устройстве отсутствует возможность компенсации доплеровских сдвигов частоты принимаемого лазерного излучения при слежении за движущимися объектами, что дополнительно снижает чувствительность и эффективность работы устройства в реальных условиях. К недостаткам данного устройства следует также отнести зависимость уровня выходного зарегистрированного сигнала и чувствительности устройства от согласования волновых фронтов принимаемого и гетеродинного излучений на плоскости фоточувствительной площадки фотоприемника и отсутствие возможности компенсации рассогласования указанных волновых фронтов.

Целью предлагаемого технического решения является преодоление указанных недостатков и создание лазерного приемного устройства, являющегося альтернативой лазерному усилителю - активному квантовому фильтру [3].

Достигаемым новым техническим результатом является повышение чувствительности лазерного приемного устройства, реализация потенциально высокой чувствительности, приближающейся к квантовому пределу, реализация быстрой перестройки частоты полосы приема и узкополосной фильтрации принимаемого лазерного излучения, реализация компенсации доплеровских сдвигов частоты приема лазерного излучения (ЛИ) при приеме отраженного излучения от движущихся объектов, компенсация рассогласования волновых фронтов принимаемого и гетеродинного лазерных излучений на входе фотоприемника.

Указанный технический результат достигается следующим.

1. В лазерное приемное устройство, содержащее последовательно установленные на первой оптической оси первый объектив, первое полупрозрачное зеркало, фотоприемник, выходом подключенный к блоку преобразования, выход которого подсоединен к блоку управления и обработки, установленные на второй оптической оси лазерный генератор и блок формирования лазерного пучка, управляющий вход лазерного генератора подключен к блоку управления и обработки, введены расположенные последовательно на второй оптической оси оптически связанные акустооптический модулятор с блоком управления, первая линза, управляемый пространственный фильтр с блоком управления фильтром, второе полупрозрачное зеркало, вторая линза, диафрагма, третья линза и третье полупрозрачное зеркало, а также оптически последовательно связанные первое и второе сканирующие зеркала с блоками управления зеркалами, оптически связанные второй объектив и фотоприемный блок с блоком управления, оптически связанные первый управляемый ослабитель с блоком управления и блок сдвига частоты лазерного излучения, установленные на второй оптической оси между оптическим выходом лазерного генератора и оптическим входом формирователя пучка, второй управляемый ослабитель с блоком управления, оптический выход третьей линзы посредством третьего полупрозрачного зеркала, первого и второго сканирующих зеркал и первого полупрозрачного зеркала связан с оптическим входом фотоприемника, оптический выход формирователя пучка связан с оптическим входом второго управляемого ослабителя посредством четвертого полупрозрачного зеркала и первого отражательного зеркала, оптический выход второго управляемого ослабителя связан с оптическим входом фотоприемника посредством второго отражательного зеркала, третьего полупрозрачного зеркала, первого и второго сканирующих зеркал и первого полупрозрачного зеркала, оптический выход формирователя пучка связан с оптическим входом акустооптического модулятора посредством четвертого полупрозрачного зеркала, оптический вход фотоприемного блока посредством второго объектива и второго полупрозрачного зеркала связан с оптическим выходом управляемого пространственного фильтра, выход блока управления фотоприемным блоком подключен к блоку управления и обработки, вход блока управления акустооптическим модулятором подключен к выходу фотоприемника, блоки управления первым и вторым сканирующими зеркалами и первым и вторым управляемыми ослабителями подключены к блоку управления и обработки, управляющий вход блока сдвига частоты подключен к блоку управления и обработки, блок управления управляемым пространственным фильтром подключен к блоку управления и обработки.

2. В лазерном приемном устройстве по п. 1, блок сдвига частоты лазерного излучения содержит последовательно установленные на оптической оси оптически связанные входную диафрагму, акустооптическую ячейку с блоком управления, четвертую линзу, точечную диафрагму, пятую линзу и выходную диафрагму, при этом управляющий электрод акустооптической ячейки подключен к блоку управления акустооптической ячейкой.

Сущность изобретения поясняется блок-схемой лазерного приемного устройства, приведенной на фиг. 1.

В блок-схеме приемного устройства на фиг. 1 цифрами обозначены следующие элементы.

1. Первый объектив.

2. Первое полупрозрачное зеркало.

3. Фотоприемник.

4. Блок преобразования.

5. Блок управления и обработки.

6. Лазерный генератор (гетеродин).

7. Формирователь пучка.

Далее обозначены следующие вновь введенные элементы.

8. Акустооптический модулятор с блоком управления и пьезоэлементом 46.

9. Блок управления акустооптическим модулятором.

10. Первая линза.

11. Управляемый пространственный фильтр с блоком управления.

12. Блок управления пространственным фильтром.

13. Вторая линза.

14. Диафрагма.

15. Третья линза.

16. Второй объектив.

17. Фотоприемный блок с блоком управления.

18. Блок управления фотоприемным блоком.

19. Блок сдвига частоты лазерного излучения.

20. Первый управляемый ослабитель с блоком управления.

21. Блок управления первого ослабителя.

22. Второй управляемый ослабитель с блоком управления.

23. Блок управления второго ослабителя.

24, 25 Первое и второе сканирующие зеркала.

26, 27 Блоки управления первым и вторым сканирующими зеркалами.

28, 29, 32 Второе, третье и четвертое полупрозрачные зеркала.

30. Второе отражательное зеркало.

31. Первое отражательное зеркало.

На фиг. 2 представлена схема блока сдвига частоты лазерного излучения, где обозначены следующие элементы.

33. Входная диафрагма.

34. Акустооптическая ячейка с блоком управления 35.

36. Пьезоэлемент.

37. Четвертая линза.

38. Точечная диафрагма.

39. Пятая линза.

40. Выходная диафрагма.

На фиг. 3 представлена блок-схема блока преобразования (поз. 4 на фиг. 1), где обозначены следующие элементы.

41. Смеситель радиодиапазона.

42. Гетеродин радиодиапазона.

43. Блок электрических фильтров и демодуляторов.

44. Блок оцифровки.

На фиг. 4 отдельно представлен управляемый пространственный фильтр 11 с открываемыми ячейками 45 и 47.

На фиг. 5 и фиг. 6 представлены результаты экспериментальных исследований лазерного приемного устройства.

Принцип функционирования лазерного приемного устройства заключается в следующем.

На вход первого объектива 1 поступает принимаемое лазерное излучение, отраженное от лоцируемого объекта, или переданное по каналам лазерной связи. Данное принимаемое лазерное излучение является непрерывным излучением с некоторой фиксированной длиной оптической волны и соответствующей оптической частотой f в узком спектральном диапазоне, соответствующем когерентному лазерному излучению, генерируемому лазерным передатчиком лазерной локационной системы, или системы лазерной связи. Принимаемое лазерное излучение может также представлять собой импульсное лазерное излучение с соответствующими параметрами длины волны и оптической частоты f. Объектив 1, выполняющий функцию оптической антенны, направляет и фокусирует принимаемое излучение на фоточувствительной площадке фотоприемника 3, осуществляющего прием и регистрацию лазерного излучения, поступающего от объектива 1. Одновременно на фоточувствительную площадку (оптический вход) фотоприемника 3 поступает гетеродинное лазерное излучение от лазерного генератора 6, выполняющего функцию лазерного гетеродина. Излучение лазерного генератора 6 (гетеродинное лазерное излучение) поступает на оптический вход фотоприемника 3 через первое полупрозрачное зеркало 2, выполняющего функцию светоделителя. Данное лазерное излучение с выхода лазерного генератора 6 поступает на вход фотоприемника 3 в соответствии с блок схемой на фиг. 1 посредством следующих последовательно оптически связанных элементов позиции 20, 19, 7, 32, 31, 22, 30, 29, 24, 25 и первое полупрозрачное зеркало 2 (см. фиг. 1). При этом первое и второе сканирующие зеркала 24, 25 служат для оперативного изменения угла падения гетеродинного лазерного излучения на плоскость фоточувствительной площадки фотоприемника 3 для согласования волновых фронтов принимаемого и гетеродинного лазерных излучений.

В предлагаемом лазерном приемном устройстве (ЛПУ) реализована схема приема внешнего лазерного излучения с внутренней положительной обратной связью по электрическому сигналу с выхода фотоприемника 3 и по оптическому сигналу, который образуется в акустооптическом модуляторе 8 посредством модуляции лазерного излучения от лазерного генератора 6 с помощью указанного электрического сигнала с выхода фотоприемника 3. В результате в предлагаемом ЛПУ реализован регенеративный режим приема внешних лазерных сигналов, позволяющий повысить чувствительность приема в ЛПУ. Петля обратной электрической и оптической связи включает выход фотоприемника 3 до пьезоэлемента 46 в АО- модуляторе 8 (электрическая часть обратной связи). Далее от АО- модулятора 8 начинается оптическая часть петли обратной связи, которая включает АО - модулятор 8, линзу 10 и все последующие элементы поз. 11-29, расположенные на оптической оси O-O1. Далее в петлю обратной связи входят сканирующие зеркала 24, 25 и первое полупрозрачное зеркало 2. В результате промодулированный и усиленный по свету сигнал возвращается на оптический вход фотоприемника 3, куда также поступает и лазерное гетеродинное излучение от лазерного генератора 6. При этом в оптической части петли обратной связи распространяется лазерное излучение с оптической частотой, соответствующей оптической частоте приема внешнего лазерного принимаемого излучения, а в электрической части петли обратной связи распространяется электрический сигнал, частота которого равна частоте биений (смешения) принимаемого внешнего лазерного излучения и лазерного гетеродинного излучения.

Оптическая частота гетеродинного лазерного излучения f_g равна:

Таким образом, оптическая частота гетеродинного лазерного излучения равна сумме оптической частоты f_k лазерного излучения, генерируемого лазерным генератором 6, и величины f_s частоты сдвига лазерного излучения, осуществляемого блоком сдвига лазерного излучения 19.

Гетеродинное лазерное излучение поступает на оптический вход фотоприемника 3 от лазерного генератора 6 после прохождения через первый управляемый ослабитель 20, блок сдвига частоты ЛИ 19, расширитель пучка 7, а также через полупрозрачное 32 и отражательное 31 зеркала, через второй управляемый ослабитель 22, через отражательное 30 и полупрозрачное 29 зеркала и через сканирующие зеркала 24, 25. Далее сформированное гетеродинное лазерное излучение поступает на одну из ветвей первого полупрозрачного зеркала 2 и от него поступает на фоточувствительную площадку фотоприемника 3. На фоточувствительной площадке фотоприемника 3 происходит интерференция принимаемого лазерного излучения с оптической частотой f и гетеродинного лазерного излучения с оптической частотой f_g. В результате этого взаимодействия (биений) двух лазерных излучений образуется сигнал с разностной частотой, который преобразуется фотоприемником 3 в электрический сигнал, имеющий частоту F_r, равную разностной частоте биений лазерных излучений

(прописными буквами обозначены частоты электрических сигналов) Данный электрический сигнал, имеющий частоту F_r, с выхода фотоприемника 3 поступает на вход блока преобразования 4, в котором осуществляется полосовая фильтрация электрического сигнала с помощью электрических фильтров, осуществляется демодуляция и оцифровка отфильтрованного сигнала, после чего сигнал в цифровой форме поступает в блок управления и обработки 5 для окончательного анализа и обработки информации. В этой части реализуется стандартная процедура приема и обработки лазерного излучения гетеродинным методом приема оптических сигналов. Одновременно электрический сигнал с частотой F_r с выхода фотоприемника 3 поступает на вход блока управления 9 акустооптическим модулятором 8. Блок управления 9 представляет собой широкополосный усилитель электрических сигналов, подключенный своим выходом к пьезоэлементу 46 акустооптического модулятора 8. В последнем под воздействием электрического сигнала с выхода фотоприемника 3 происходит возбуждение ультразвуковой волны, частота которой определяется частотой (разностной) F_r данного электрического сигнала. На оптический вход акустооптического модулятора 8 (справа от АО модулятора 8 на фиг. 1) с выхода расширителя пучка 7 поступает когерентное лазерное излучение от лазерного генератора 6, оптическая частота которого равна f_g. При прохождении через АО модулятор 8 лазерное излучение взаимодействует с возбужденной ультразвуковой волной и подвергается модуляции в соответствии с частотой F_r возбуждающего электрического сигнала. В результате этого взаимодействия на выходе АО модулятора 8 (слева от АО модулятора 8) и, соответственно, на входе первой линзы 10 образуется световая волна, являющаяся точной усиленной копией световой волны - принимаемого лазерного излучения, поступающего на фоточувствительную площадку фотоприемника 3 с выхода первого объектива 1. При этом оптическая частота f_m этого модулированного лазерного излучения равна сумме оптической частоты поступающего на вход АО модулятора лазерного излучения f_g и частоты F_r возбуждающего электрического сигнала:

Акустооптический модулятор 8 работает в режиме линейной модуляции. Поэтому при прохождении лазерного излучения через АО модулятор в результате линейной дифракции на выходе АО модулятора 8 помимо указанной точной копии световой волны принимаемого лазерного излучения образуются еще две световых волны: первая из них это недифрагированная и немодулированная часть лазерного излучения от формирователя пучка 7, распространяющаяся вдоль оптической оси O-O1 фиг. 1. Вторая из двух дополнительных световых волн представляет собой световую волну с оптической частотой f_m2, равной разности оптической частоты лазерного излучения f_g и частоты модулирующего сигнала:

С помощью линзы 10 и управляемого пространственного фильтра 11 осуществляется пространственная фильтрация в реальном масштабе времени промодулированного лазерного излучения с выхода АО модулятора 8.

В результате фильтрации на выход управляемого пространственного фильтра 11 и, соответственно, на второе полупрозрачное зеркало 28 поступает только отфильтрованная составляющая лазерного излучения с оптической частотой f_m=f_g+F_r, являющаяся, как было отмечено, точной усиленной копией принимаемого лазерного излучения, поступающего с выхода первого объектива 1 на фоточувствительную площадку фотоприемника 3. Данная пространственная фильтрация с помощью управляемого пространственного фильтра 11 возможна вследствие того, что указанные составляющие промодулированного лазерного излучения на выходе АО модулятора 8 имеют различную оптическую частоту и распространяются по различным пространственным направлениям. Первая линза 10 осуществляет пространственное преобразование по фурье промодулированного лазерного излучения с выхода АО модулятора 8 в когерентном свете и формирует на входе (оптическом) управляемого пространственного фильтра 11 пространственный фурье-спектр данного промодулированного лазерного излучения. Указанные световые составляющие в виде пространственного спектра в плоскости управляемого пространственного фильтра 11 пространственно разнесены и представлены (сфокусированы) в виде трех дифракционных порядков: нулевого, первого и минус первого порядка. Управляемый пространственный фильтр 11 по сигналам от блока управления и обработки 5 осуществляет фильтрацию и пропускает на выход только составляющую первого порядка, имеющую указанную оптическую частоту f_m и расположенную в определенном месте рабочей плоскости управляемого пространственного фильтра 11, в котором устанавливается оптическое пропускание проходящего излучения (первого порядка) путем перевода в открытое состояние одного или нескольких управляемых элементов (пикселей) управляемого пространственного фильтра 11, расположенных в соответствующем месте рабочей плоскости фильтра 11. В остальных участках плоскости управляемого пространственного фильтра 11 пропускание отсутствует, что и обеспечивает фильтрацию только составляющей лазерного излучения первого порядка дифракции с указанной оптической частотой f_m. Далее отфильтрованное лазерное излучение с помощью второго полупрозрачного зеркала 28 разделяется на две части и поступает на оптические входы второй линзы 13 и второго объектива 16. Второй объектив 16 переносит изображение выходной плоскости управляемого пространственного фильтра 11 на вход фотоприемного блока 17, который считывает информацию с выхода всех ячеек управляемого пространственного фильтра 11 (в виде распределения интенсивности на выходе каждого элемента). Далее полученные электрические сигналы оцифровываются в блоке управления 18 фотоприемным блоком 17 и поступают в блок управления и обработки 5. Вторая линза 13 осуществляет обратное преобразование по фурье светового потока с выхода управляемого пространственного фильтра 11 и формирует в плоскости диафрагмы 14 пучок лазерного излучения с указанной оптической частотой f_m. Диафрагма 14 выделяет из сформированного лазерного пучка составляющую, распространяющуюся строго по оптической оси, что исключает возможность изменения угла падения сформированного лазерного пучка при его дальнейшем поступлении на вход фотоприемника 3 в условиях изменения оптической частоты f_m при, например, сдвиге частоты гетеродинного лазерного излучения с помощью блока сдвига частоты 19 и при действии других факторов, например сдвига частоты принимаемого лазерного излучения за счет доплеровского эффекта. Третья линза 15, в фокусе которой расположен пропускающий элемент диафрагмы 14 - отверстие диаметром 0,2-0,3 мм - формирует параллельный оптической оси поток лазерного излучения, который далее суммируется с помощью третьего полупрозрачного зеркала 29 с гетеродинным лазерным излучением также распространяющимся строго вдоль оптической оси. Далее два указанных соосных лазерных излучения после полупрозрачного зеркала 29 поступают последовательно на первое и второе 24 и 25 сканирующие зеркала и, после отражения от первого полупрозрачного зеркала 2, поступают на фоточувствительную площадку фотоприемника 3. Таким образом, на оптический вход фотоприемника 3 поступает точная копия принимаемого лазерного излучения, имеющая оптическую частоту f_m, но значительно большую энергию (интенсивность), за счет использования при модуляции в АО модуляторе 8 энергии лазерного пучка, генерируемого лазерным генератором 6. В результате реализуется процесс усиления принимаемого лазерного излучения за счет использования энергии лазерного генератора 6, при котором коэффициент усиления может достигать очень больших значений, так как энергия лазерного генератора на много порядков может превосходить энергию принимаемого лазерного излучения. Далее осуществляется взаимодействие указанного усиленного принимаемого лазерного излучения и гетеродинного лазерного излучения, по-прежнему поступающего на фотоприемник 3 с выхода лазерного генератора 6 через указанные промежуточные элементы. Фотоприемник 3 регистрирует результат интерференции этих двух лазерных излучений (биений).На выходе фотоприемника 3 образуется электрический сигнал с разностной частотой

Частота данного электрического сигнала F_r2 равна частоте электрического сигнала F_r, сформированного на выходе фотоприемника 3 ранее при гетеродинном преобразовании исходного принимаемого лазерного излучения с выхода первого объектива 1, как это следует, если подставить в (5) значение f_m из (3). В то же время величина этого сигнала значительно превосходит уровень первого сигнала за счет значительно более высокой энергии усиленного лазерного излучения, поступающего с выхода АО модулятора на оптический вход фотоприемника 3. Далее данный усиленный электрический сигнал с частотой F_r2 с выхода фотоприемника 3 поступает в блок преобразования 4, где осуществляется предварительная обработка и фильтрация данного сигнала с помощью электрических фильтров, как это было рассмотрено выше, осуществляется демодуляция и оцифровка сигнала стандартными средствами, после чего сигнал поступает в блок управления и обработки 5 для окончательной обработки и анализа получаемой информации. Окончательное обнаружение объектов и анализ информации осуществляется с помощью именно данного второго электрического сигнала, полученного на основе усиленного в АО модуляторе лазерного излучения. Таким образом, в результате приема и обработки усиленной точной копии принимаемого лазерного излучения реализуется более высокая эффективность и чувствительность работы лазерного приемного устройства при приеме принимаемого лазерного излучения гетеродинным методом обработки и регистрации слабых оптических сигналов. После регистрации и обработки усиленного принимаемого сигнала в блоках 4 и 5 в дальнейшем усилении этого сигнала с помощью АО модулятора нет необходимости. Поэтому для прекращения процесса усиления данного сигнала осуществляется выключение пропускания соответствующей открытой ячейки в управляемом пространственном фильтре 11 по управляющим сигналам, поступающим в блок управления 12 пространственным фильтром от блока управления и обработки 5. На этом завершается процесс приема и регистрации одного импульса принимаемого лазерного излучения в предлагаемом приемном устройстве. Далее лазерное приемное устройство готово для приема следующего импульса лазерного излучения. Следует отметить, что каждый принимаемый импульс лазерного излучения при осуществлении лазерной связи может иметь внутреннюю модуляцию отдельных параметров лазерного излучения и переносит определенное количество передаваемой информации, которая демодулируется и выделяется из усиленного и обрабатываемого импульса в блоке управления и обработки 5. Рассмотрим принцип работы предлагаемого лазерного приемного устройства в лазерном локаторе, в котором данное устройство осуществляет обнаружение, прием и регистрацию коротких импульсов лазерного излучения, отраженных от наблюдаемого удаленного объекта, подсвеченного импульсным лазерным излучением от лазерного передатчика. При работе в составе указанного лазерного локатора к лазерному приемному устройству предъявляются требования высокой чувствительности, помехоустойчивости, а также требования к обеспечению оперативной компенсации доплеровского сдвига частоты принимаемого лазерного излучения и перестройки ширины полосы фильтрации принимаемого излучения. Всем указанным требованиям удовлетворяет предлагаемое лазерное приемное устройство.

Принцип функционирования лазерного приемного устройства при приеме импульсных лазерных сигналов заключается в следующем. Лазерное приемное устройство реализует метод гетеродинного приема лазерных сигналов в режиме внутренней генерации лазерного излучения на длине волны принимаемого лазерного излучения, которое генерируется в результате циркулирования сигналов по цепи обратной связи: фотоприемник 3, акустооптический модулятор 8, управляемый пространственный фильтр 11, оптический вход фотоприемника 3. При этом при отсутствии на входе приемного устройства (на входе первого объектива 1) импульса принимаемого лазерного излучения (в режиме обнаружения) внутреннее генерируемое лазерное излучение имеет известные конкретные параметры, обусловленные установленными характеристиками элементов лазерного приемного устройства, а именно: характеристиками пропускания первого и второго управляемых ослабителей 20 и 22, а также интенсивностью генерируемого лазерного излучения лазерного генератора 6. Данное внутреннее генерируемое лазерное излучение регистрируется фотоприемником 3 с помощью гетеродинного смешения с поступающим на фотоприемник 3 гетеродинным лазерным излучением, преобразуется в электрический сигнал с указанной выше разностной частотой F_r и далее поступает в электрической и цифровой форме в блок преобразования 4 и далее в блок управления и обработки 5 для запоминания и анализа. При появлении на входе лазерного приемного устройства (на входе первого объектива 1) импульса принимаемого лазерного излучения характер внутреннего генерируемого лазерного излучения изменяется, а именно: существенно увеличивается величина (амплитуда) этого генерируемого лазерного излучения. Увеличенная амплитуда импульса лазерного излучения регистрируется в блоке управления и обработки 5, в котором принимается решение об обнаружении импульса принимаемого лазерного излучения, отраженного от наблюдаемого объекта. Таким образом, в данном лазерном приемном устройстве обнаружение принимаемого излучения осуществляется в режиме приемник-генератор и решение об обнаружении производится на основе анализа уровня (величины) генерируемого внутреннего лазерного излучения, а не на основе усиленного принимаемого входного сигнала, как это осуществляется в большинстве используемых приемных лазерных устройств. Такой способ приема на основе гетеродинного метода приема лазерного излучения имеет определенные преимущества. Собственно прием лазерного излучения осуществляется следующим образом. Для приема импульса лазерного излучения на оптической частоте f, поступающего на вход первого объектива 1 и на фотоприемник 3, на фоточувствительную площадку фотоприемника 3 посредством полупрозрачного зеркала 2 поступает также гетеродинное лазерное излучение с частотой f_g, определяемое частотой лазерного излучения, генерируемого лазерным генератором 6 и величиной сдвига частоты, определяемой в блоке сдвига частоты ЛИ 19 (см. формулу 1). Фотоприемник 3 осуществляет формирование электрического сигнала, соответствующего принимаемому лазерному импульсу, с разностной частотой F_r. После усиления этого сигнала и формирования его точной оптической копии с помощью АО модулятора 8 в управляемом пространственном фильтре 11 осуществляется пространственная фильтрация промодулированного в АО модуляторе лазерного излучения, для чего осуществляется установление пропускания фильтруемого лазерного излучения в соответствующей ячейке управляемого пространственного фильтра 11, как это показано на фиг. 4. Для этого в управляемом пространственном фильтре 11 осуществляется открывание пространственной ячейки поз. 45 на фиг. 4, расположенной на расстоянии «а» от оптической оси О-O1. Это обеспечивает пропускание через плоскость управляемого пространственного фильтра 11 лазерного излучения, соответствующего пространственной частоте F_a распределения модулированного лазерного излучения, образующегося после прохождения лазерного излучения от формирователя пучка 7 через АО модулятор 8. В результате указанной фильтрации на второе полупрозрачное зеркало 28 и на вторую линзу 13 поступает лазерное излучение с оптической частотой f_m, как это было показано ранее, а составляющие с другими оптическими частотами, образующиеся при процессе модуляции в АО модуляторе 8 лазерного излучения, поступающего от формирователя пучка 7, оказываются отфильтрованными. Пространственная частота F_a модулированного лазерного излучения на выходе АО модулятора 8 (слева от плоскости АО модулятора 8 на фиг. 1) соответствует пространственной частоте ультразвуковой волны (колебаний), распространяющейся в АО модуляторе 8 и возбужденной в нем с помощью пьезоэлемента 46 под воздействием электрического сигнала с разностной частотой F_r, поступающего с выхода фотоприемника 3 в блок управления 9 АО модулятором и далее в пьезоэлемент 46 на фиг. 1. Указанная пространственная частота F_a пропорциональна частоте электрического сигнала F_r и обратно пропорциональна скорости распространения возбужденной ультразвуковой волны в АО модуляторе 8. В плоскости управляемого пространственного фильтра 11 образуется пространственный спектр модулированного лазерного излучения, сформированный в результате преобразования по фурье указанного модулированного лазерного излучения с выхода АО модулятора 8 с помощью первой линзы 10, как это было отмечено ранее. Плоскость управляемого пространственного фильтра 11 совмещена с фокальной плоскостью первой линзы 10. При этом первый порядок