ساختمان فرستنده ليزری و گيرنده نوری    

ليزر ارتفاع سنج يک ليزر حالت جامد براساس کريستالPGT و کلیدزنی Q شده به وسيله جاذب اشباع پذير dye با طول موج 1.067 μm است. ليزر بايد در شرايط سخت آب و هوايي جو مريخ کار کند يعني در فشار 2 تا 3 تور و تغييرات دمايي يک روز مريخ که بين-100º تا 50º است. همچنين ليزر بايد حداقل وزن را داشته باشد و نبايد توان مصرفي اصلي اش بيشتر از 0.8 W با بازده 75% منبع تغذيه ليزر باشد. بیشترین دمش انرژي لامپ فلاش در فرکانس کار 0.2 Hz، 3 J است. براي اطمينان از عملکرد پايدار در فاصله‌هايي تا 5 Km، انرژي پرتو ليزر بايد در حدود 8-10 mJ با عرض تپ 6-10 ns و زاويه واگرايي کمتر يا مساوي 3 mrad باشد.

براي تعيين بازده کار محيط‌هاي فعال ليزري متفاوت با کمترين دمش انرژي، آزمايش‌هايي روي محيط‌هاي فعال زير انجام شده است :

YAG:Nd    size 3×50 mm

YSGG:Cr:Nd    size 3×50 mm

GSGG:Cr:Nd   size 3×50 mm

PGT (potassium gadolinium tungstate)   size 3×32 and 3×50 mm

طول تشدیدگر پايه در حدود 100 mm است.

تصميمات زير براساس نتايج آزمايشهاي انجام شده روي مقادير کوچک جذب کننده‌هاي اشباع شدني و عناصر فعال بدست آمده است :

1- براي بدست آوردن انرژي مورد نيازبراي همه محيط‌هاي فعال جاذب اشباع پذير با عبور اوليه

0.03 0.4 و براي آينه خروجي، بازتابندگي 0.050.45 مورد نياز است.

2- حداقل انرژي آستانة دمش در عناصر فعال PGT:Nd-based مشاهده شده است. مقدار حداقل انرژي دمش براي ديگر رسانة فعال در مدلهاي ما در بازة 2.9 J تا 4.2 J تغيير مي‌کند.

3- عرض تپ نوري هنگام استفاده از جاذب اشباع پذير GSGG وYAG، بين 15 ns تا 20 ns بود و تپ آن در حوزه زمان ساختار پيچيده اي دارد. عرض تپ براي جاذب اشباع پذير dye وLiF-based، 862 ns مشاهده شد. چون وزن و اندازة جذب کننده اشباع شدني dye-based بسيار کوچکتر از LiF-based است نوع اول ترجيح داده شد.

بنابراين نتايج آزمايشها منجر به انتخاب محيط فعال براساس کريستال PGT با جاذب اشباع پذير dye لايه نازک شد. عنصر هسته ليزر يک لوله کوآرتز ديواره نازك با يک عنصر فعال داخل آن، درشکل نشان داده شده است. يک آينه نيمه شفاف در يک طرف لوله کوآرتز به آن چسبيده شده است و يک قطعه پرانتزي ثابت در طرف ديگر آن است. جاذب اشباع پذير و يک آينه (تمام بازتاب) داخل آن قطعه نگه داشته شده اند. تنظيمات ليزري به وسيله صفحه تنظيم در سه جهت كه بر روي رينگ‌هاي خاص داخل پرانتز قرار دارند انجام مي‌شود. لوله کوآرتز با قطعه پرانتزي به يک طرف از محفظه محافظ متصل شده و لامپ فلاش به طرف ديگر آن متصل است. يک پوشش بازتاب کنندة واگرا روي سطح داخلي محفظه محافظ و در اطراف لامپ فلاش و عنصر فعال قرار داده شده است. محفظه محافظ می‌تواند از پلاستيک يا آلياژ منيزيم – آلومينيوم براي كاهش وزن ليزر ساخته شود.

شکل : ساختار لیزر PGT:Nd 

وزن کل اولين نمونه طراحي شده و منبع تغديه آن به ترتيب 45 g و 115 g و طول تشدیدگر ليزر 80 mm است. قسمتی از نورهاي بازگشته ليزر از سطح مريخ به وسيله آينه‌ها جمع آوري میشود. ساختار اپتیک گیرنده ارتفاع سنج لیزری در شکل 2-6 نمایش داده شده که براساس تلسکوپ کاسگرین طراحي شده و داراي يک آينه اوليه کروي و آينه ثانويه تخت است. قسمت فيلتر تشکيل شده ازسه صفحه شيشه اي که هرکدام از آنها دريچه اي به اندازه 37.5 mm و ضخامت 2 mm دارد. فيلتر اول از شيشه مادون قرمز با پهناي باند عريض تشکيل شده است.دومین و سومین فيلتر از صفحه شيشه اي با فيلتر تداخلي با پهناي باندnm8/12 (FWHM) ساخته شده اند. بلوك فيلتر در طول موج 1.067 μm داراي انتقال 54.6% است. آينه اصلي که پرتو‌هاي ورودي را به پشت سطح فيلتر باز مي‌تاباند يک شکل کروي با شعاع 160 mm و دريچه وضوح 37.5 mm است. سطح پشت پالاینده داراي يک پوشش بازتاب کننده دي الکتريک با قطر 13.5 mm است. سرانجام پرتو‌ها در انتهاي فيبر نوري با پوشش پوليمري متمرکز مي‌شوند. محاسبه‌ها نشان مي‌دهد که زاويه ميدان ديد گيرنده 10 mrad است. که در حدود سه برابر واگرايي ليزر است و اين اطمينان را مي‌دهد که گيرنده مي‌تواند نقطة ليزر را روي سطح مريخ ببيند حتي اگرچه ممکن است مقداري عدم تطابق ببين محور نوري ليزر وگيرنده بوجود آيد. ناحيه فعال اپتيك گيرنده 9.6 cm2 مي‌باشد.

شکل : ساختار اپتیک گیرنده ارتفاع سنج لیزری

ارسال شده توسط : پژوهشگر سایت - ٣  اسفند , ١٣٨٨