Лазерные системы специального назначения
Задачи курса
- освоение принципов построения лазерных систем;
- изучение лазерных систем технологического, навигационного, локационного и др. видов назначений;
- измерение параметров и характеристик лазерного излучения, используемого в лазерных системах.
Содержание разделов дисциплины
- Области специального применения и принципы построения лазерных систем
Классификация лазерных систем. Генерация и детектирование лазерных сигналов. Отражательные характеристики целей. Прохождение лазерного излучения через среды. - Аэрокосмические лазерные системы информационного и силового назначения
Системы с опорной линией. Системы с опорной плоскостью. Системы с комбинацией опорных плоскостей. Лазерные гироскопы. Датчики горизонта Лазерные системы посадки. Измерение координат целей. Получение изображений объектов. Слежение за объектом. Идентификация объектов. Обзор лазерных систем передачи мощности. Лазерные двигатели. - Структуры лазерных комплексов специального назначения
Обобщенные структурные схемы лазерных локационных систем, дальнометров, систем автоматического сопровождения цели, систем видения. Структуры лазерных систем создания тяги. - Основы проектирования лазерных систем дистанционного зондирования
Общие вопросы проектирования лазерных локационных систем. Статистические свойства оптических сигналов и способы их обработки. Основы проектирования лидаров. - Лазерный мониторинг загрязнений окружающей среды
Климатический мониторинг. Экологический контроль. Приемники, модуляторы и устройства развязки лазерных сигналов. Средства обработки информации.
Рекомендуемая литература
а) основная литература
- Савиных В.П., Соломатин В.А. Оптико-электронные системы дистанционного зондирования: Учебн. для вузов. - М.: Недра, 1995.- 315 с.
- Мусьяков М.П Проблемы ближней лазерной локации: Учебное пособие, -М.: МГТУ им. Баумана., 2000. – 295 с.
- Протопопов В.В., Устинов Н.Д. Инфракрасные лазерные локационные системы. - М.: Воениздат, 1987. -175 с.
- Рыжиков М.Б. Лазерные системы специального назначения: Учебное пособие, - С-Пб.: ГОУ ВПО «Санкт-Петербургский государственный университет аэрокосмического приборостроения», 2005. – 104 с.
- Малашин М.С., Каминский Р.П., Борисов Ю.Б. Основы проектирования лазерных локационных систем: Учебн. пособие. - М.: Высшая школа, 1983. - 207 с.
- Зуев В.Е., Фадеев В.Я. Лазерные навигационные устройства. - М.: Радио и связь, 1987.- 160 с.
б) дополнительная литература
- Космические двигатели: состояние и перспективы: Пер. с англ. /Под ред. Л. Кейвни. - М.: Мир, 1988. - 454 с.
- Системы технического зрения /Писаревский А.Н., Чернявский А.Ф., Афанасьев Г.Н. и др. - Л.: Машиностроение , 1988. -424с.
- Справочник технолога-оптика: справочник Бубис И.Я., Вейдих В.А., Духопел И.И. и др. – Л.: Машиностроение, 1993. - 414 с.
- Богомолов П.А., Сидоров В.Н., Усольцев И.Ф. Приемные устройства ИК-систем. - М.: Радио и связь, 1987. -205с
Теория и проектирование проточных газовых лазеров
Задачи курса
- изучение основ теоретического описания физических процессов в активных средах проточных газовых лазеров;
- изучение взаимосвязи узлов и систем в конструкции газовых лазеров;
- изучение методов расчета и проектирования лазеров с заданными характеристиками излучения;
- получение опыта практического расчета параметров и характеристик узлов и систем проточных газовых лазеров;
- получение опыта использования компьютера и специального программного обеспечения для расчета при инженерном проектировании лазеров.
В процессе обучения по курсу «Теория и проектирование проточных газовых лазеров» студент должен получить знания в области теоретических основ генерации излучения в газовых проточных лазеров, ознакомлен с физическими принципами функционирования узлов проточных газовых лазеров. Студент должен приобрести знания и навыки, необходимые для расчета и проектирования проточных газовых лазеров в соответствии с современными требованиями к уровню подготовки инженеров аэрокосмической промышленности.
Содержание разделов дисциплины
- Рабочие среды газовых лазеров. Генерация излучения. Системы кинетических уравнений.
Спонтанное и вынужденное излучение. Особенности газообразной активной среды. Классификация газовых лазеров. Первое и втрое условие генерации излучения. Основные методы возбуждения: описание реализации инверсии населенности на примере СО2 лазера. Механизм колебательного возбуждения верхнего лазерного уровня в лазере СО2. Роль смеси He, H2O и Xe в процессе накачки газового лазера на примере лазера СО2. Квантовый КПД. Коэффициенты потерь излучения в резонаторе и активной среде. Виды потерь в оптических резонаторах. Достоинства и недостатки устойчивых и неустойчивых резонаторов. - Накачка электрическим разрядом. Принципы химической накачки.
Методы получения инверсии в газоразрядных лазерах: атомарных, молекулярных, ионных и эксимерных. Усилительные характеристики рабочих сред. Теория газового разряда: формы газового разряда, применяемого для накачки рабочей смеси лазеров. Самостоятельный разряд постоянного тока. Несамостоятельный разряд с ионизацией электронным пучком. Методы предыонизации газоразрядных камер электроионизационных лазеров. Теория химической накачки: основные химико-физические процессы в проточных химических лазерах (ПХЛ). Механизмы накачки и генерации излучения в ПХЛ. Химические лазеры с дозвуковой и сверхзвуковой прокачкой. Химико-газодинамические лазеры. - Конструкция проточных газовых лазеров и их узлов. Системы подготовки рабочего тела проточных газовых лазеров.
Основные принципы устройства и классификация технологических газовых лазеров. Принцип реализации газоразрядных лазеров с диффузионным охлаждением. Описание конструкторской реализации СО2 лазеров с диффузионным охлаждением рабочей смеси и газоразрядных СО лазеров. Описание конструкторской реализации гелий – неонового лазера. Состав и принципы действия узлов лазера с медленной прокачкой на примере промышленного лазера ЛГН-702 и промышленного технологического СО2 лазера МТЛ-2. Непрерывные быстропроточные газоразрядные лазеры. Состав и принципы действия узлов лазера с быстрой прокачкой на примере промышленного технолочического быстропроточного лазера ТЛ-5М. Импульсно-периодические лазеры. Анализ конструкторских схем газодинамических контуров, рабочих камер, прокачных устройств, теплообменников, оптических резонаторов. Схемы системы газообмена и подготовки рабочего тела проточных газовых лазеров. - Методы расчета выходных параметров лазеров: газодинамические, тепловые и прочностные расчеты.
Порядок расчета параметров лазерной установки. Исходные данные для расчета. Определение параметров системы накачки. Выбор типа резонатора и расчет его характеристик. Расчет параметров рабочей смеси. Расчет прокачного устройства и элементов газодинамического тракта. Расчет системы охлаждения. Определение размеров конструктивных элементов лазерной установки. Система подготовки рабочего тела. САПР лазерных установок.
Тематика курсового проектирования
- Расчет элементов газодинамического контура быстропроточного СО2 лазера.
- Расчет системы охлаждения быстропроточного СО2 лазера.
- Расчет схемы основных каналов потерь энергии быстропроточного СО2 лазера.
- Тепловой расчет теплообменника.
- Расчет системы формирования излучения с устойчивым резонатором.
- Расчет системы формиров