Лазеры. Основы устройства и применение их в военной технике

На рисунке приведены  зависимости, показывающие, как изменяется вероятности поражения неподвижной  цели в случае использования обычного прицела, стеродальномера с простейшим счетным прибором, системы с лазерным дальномером. Анализ графиков показывает, что использование системы с  лазерным дальномером и ЭВМ обеспечивает вероятность поражения цели близкую  к расчетной. Графики также показывают, насколько повышается вероятность  поражения движущейся цели.  

Если для неподвижных  целей вероятность поражения  при использовании лазерной системы  по сравнению с вероятностью поражения  при использовании системы со стереодальномером не составляет большой  разницы на дистанции около 1000 м, и ощущается лишь на дальности 1500 м, и более, то для движущихся целей  выигрыш явный. Видно, что вероятность  поражения движущейся цели при использовании  лазерной системы по сравнению с  вероятностью поражения при использовании  системы со стереодальномером уже  на дистанции 100 м, повышается более  чем в 3,5 раза, а на дальности 2000 м., где система со стереодальномером  становиться практически неэффективной, лазерная система обеспечивает вероятность  поражения с первого выстрела около 0,3.  

В армиях, помимо артиллерии и танков, лазерные дальномеры используются в системах, где требуется в  короткий промежуток времени определить дальность с высокой точностью. Так, в печати сообщалось: разработана  автоматическая система сопровождения  воздушных целей и измерения  дальности до них. Система позволяет  производить точное измерение азимута, угла места и дальности. Данные могут  быть записаны на магнитную ленту  и обработаны на ЭВМ. Система имеет  небольшие размеры и массу  и размещается на подвижном фургоне. В систему входит лазер, работающий в инфракрасном диапазоне. Приемное устройство с инфракрасной телевизионной  камерой, телевизионное контрольное  устройство, следящее зеркало с сервопроводом, цифровой индикатор и записывающее устройство. Лазерное устройство на неодимовом стекле работает в режиме модулированной добротности и излучает энергию  на волне 1,06 мкм. Мощность излучения  составляет 1 Мвт в импульсе при  длительности 25 нс и частоте следования импульсов 100 Гц. Расходимость лазерного  луча 10 мрад. В каналах сопровождения  используются различные типы фотодетекторов. В приемном устройстве используется кремниевый светодиод. В канале сопровождения - решетка, состоящая из четырех фотодиодов, с помощью которых вырабатывается сигнал рассогласования при смещении цели в сторону от оси визирования  по азимуту и углу места. Сигнал с  каждого приемника поступает  на видео-усилитель с логарифмической  характеристикой и динамическим диапазоном 60 дБ. Минимальной пороговый  сигнал при котором система следит за целью составляет 5*10в-8Вт. Зеркало  слежения за целью приводится в движение по азимуту и углу места сервомоторами. Система слежения позволяет определять местоположение воздушных целей  на удалении до 19 км. при этом точность сопровождения целей, определяемая экспериментально составляет 0,1 мрад. по азимуту и 0,2 мрад по углу места цели. Точность измерения дальности + 15 см.  

Лазерные дальномеры на рубине и неодимовом стекле обеспечивают измерение расстояния до неподвижной  или медленно перемещающихся объектов, поскольку частота следования импульсов  небольшая. Не более одного герца. Если нужно измерять небольшие расстояния, но с большей частотой циклов измерений, то используют фазовые дальномеры с  излучателем на полупроводниковых  лазерах. В них в качестве источника  применяется, как правило, арсенид  галлия. Вот характеристика одного из дальномеров: выходная мощность 6,5 Вт в импульсе, длительность которого равна 0,2 мкс, а частота следования импульсов 20 кГц. Расходимость луча лазера составляет 350*160 мрад т.е. напоминает лепесток. При необходимости угловая расходимость луча может быть уменьшена до 2 мрад. Приемное устройство состоит из оптической системы, на фокальной плоскости  которой расположена диафрагма, ограничивающая поле зрения приемника  в нужном размере. Коллимация выполняется  короткофокусной линзой, расположенной  за диафрагмой. Рабочая длина волны  составляет 0,902 мкм, а дальность действия от 0 до 400 м. В печати сообщается, что  эти характеристики значительно  улучшены в более поздних разработках. Так, например уже разработан лазерный дальномер с дальностью действия 1500 м. и точностью измерения расстояния + 30 м. Этот дальномер имеет частоту  следования 12,5 кГц при длительности импульсов 1 мкс. Другой дальномер, разработанный  в США имеет диапазон измерения  дальности от 30 до 6400 м. Мощность в  импульсе 100 Вт, а частота следования импульсов составляет 1000 Гц.  

Поскольку применяется  несколько типов дальномеров, то наметилась тенденция унификации лазерных систем в виде отдельных модулей. Это упрощает их сборку, а также  замену отдельных модулей в процессе эксплуатации. По оценкам специалистов, модульная конструкция лазерного  дальномера обеспечивает максимум надежности и ремонтопригодности в полевых  условиях.  

Модуль излучателя состоит из стержня, лампы-накачки, осветителя, высоковольтного трансформатора, зеркал резонатора. модулятора добротности. В качестве источника излучения  используется обычно неодимовое стекло или аллюминиево-натриевый гранат, что обеспечивает работу дальномера без системы охлаждения. Все эти  элементы головки размещены в  жестком цилиндрическом корпусе. Точная механическая обработка посадочных мест на обоих концах цилиндрического  корпуса головки позволяет производить  их быструю замену и установку  без дополнительной регулировки, а  это обеспечивает простоту технического обслуживания и ремонта. Для первоначальной юстировки оптической системы используется опорное зеркало, укрепленное на тщательно обработанной поверхности  головки, перпендикулярно оси цилиндрического  корпуса. Осветитель диффузионного  типа представляет собой два входящих один в другой цилиндра между стенками которых находится слой окиси  магния. Модулятор добротности рассчитан  на непрерывную устойчивую работу или  на импульсную с быстрым запусками. основные данные унифицированной головки  таковы: длина волны - 1,06 мкм, энергия  накачки - 25 Дж, энергия выходного  импульса 0,2 Дж, длительность импульса 25 нс, частота следования импульсов 0,33 Гц в течение 12 с допускается  работа с частотой 1 Гц) , угол расходимости 2 мрад. Вследствие высокой чувствительности к внутренним шумам фотодиод, предусилитель и источник питания размещаются в одном корпусе с возможно более плотной компоновкой, а в некоторых моделях все это выполнено в виде единого компактного узла. Это обеспечивает чувствительность порядка 5*10 в -8 Вт.  

В усилителе имеется  пороговая схема, возбуждающаяся в  тот момент, когда импульс достигает  половины максимальной амплитуды, что  способствует повышению точности дальномера, ибо уменьшает влияние колебаний  амплитуды приходящего импульса. Сигналы запуска и остановки  генерируются этим же фотоприемником и идут по тому же тракту, что исключает  систематические ошибки определения  дальности. Оптическая система состоит  из афокального телескопа для  уменьшения расходимости лазерного  луча и фокусирующего объектива  для фотоприемника. Фотодиоды имеют  диаметр активной площадки 50,100, и 200 мкм. Значительному уменьшению габаритов  способствует то, что приемная и  передающая оптические системы совмещены, причем центральная часть используется для формирования излучения передатчика, а периферийная часть - для приема отраженного от цели сигнала.  

4. 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. Но мы рассмотрели одну из частей употребления лазеров в военной технологии, которые сейчас широким фронтом  вторгаются в нашу действительность, обеспечивая подчас уникальные результаты. Человек получил в свое распоряжение инструмент для повседневной научной  и производственной деятельности.  

Мы еще не знаем, а вдруг может произойти научная  “революция” в мире основанная на сегодняшних достижениях лазерной техники. Вполне возможно, что через 50 лет 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 превратится  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” которая называется - Лазер.  

ЛИТЕРАТУРА.  

1. Тарасов Л. В.  “Знакомьтесь - лазеры” Радио и  связь 1993 г  

2. Федоров Б. В.  “Лазеры основы устройства и  применение” изд. ДОСААФ 1990 г.  

3. Тарасов Л. В.  “Лазеры действительность и надежды”  изд. Наука 1985 г.  

4. Орлов В. А.  Лазеры в военной технике Воениздат  1986 г.  

5. Реди Дж. “Промышленной  применение лазеров” Мир 1991 г.  

6. Авиация и космонавтика  № 5 1981 г. с 44-45  

7. Петровский В.  И. “Локаторы на лазерах “Воениздат  

8. Федоров Б. Ф.  “Лазерные приборы и системы  летательных аппаратов “Машиностроение  1988 г.  

9. Лазеры в авиации. (под ред. Сидорина В. М.) Воениздат  1982 г. 

Физическая сущность лазерные дальномеров и их применение а сельском хозяйстве. Лазеры в военном  деле Основные особенности применения и направления развития. Физика в  медицине ультразвук в хирургии диагностике  онкологии пиелонефрите. Розвития энергетики ла