Sugár divergencia - stadopedia
Tegyük fel, hogy a sugárforrás diffúz, mint egy LED, és sugárzó területe van. A sugárzási intenzitás feltételezhetően állandó minden fény esetében, amelyet az adó objektívje kollimál. A lencse hatékony nyílással és gyújtótávolsággal rendelkezik. Az optikai vevőegység távolságon belül helyezkedik el. A tényleges nyílás egyenlő, és feltételezzük, hogy az összes ráeső fény a fotodetektor aktív tartományára koncentrálódik. A kapott teljesítmény maximalizálása érdekében a sugárforrás képét a befogadó nyílás síkjában kell kialakítani. A vékony lencsék elemi elméletének segítségével a távolság a sugárforrástól az adó-lencse középpontjáig terjedhet a kapcsolatból:
és képének területét a következő képlet határozza meg:
Az adó-lencse által gyűjtött sugárzási teljesítmény:
Figyelembe véve, hogy a forrás képe kitölti a nyílást. teljesítmény rész. amely eléri a fényérzékelőt, egyszerűen egyenlő. így a kapott teljesítmény:
hol van a forrás energiájának fényereje. Ezért nyilvánvaló, hogy nagy energiájú fényerőt és nagyobb nyílást igénylő sugárforrás szükséges. Vegyünk példaként egy olyan rendszert, amelyben egy 35 mm átmérőjű nyílással rendelkező fénykibocsátó diódát használunk. 1 km-re a vevőn fellépő sugárzás ereje. Bár ezek a számítások készülnek a tökéletes lencserendszer főbb következtetéseit alkalmazni abban az esetben is, ha egy tükör vagy egy catadioptric használt (vegyes és tükör lencse) rendszer, hogy összegyűjtse és kollimációjához sugárzás. Mindenesetre az abszorbció miatt a valóságos optikai rendszerben kialakított képek tökéletlenek.
4.8 ábra. A teljesítménysűrűség sugárirányú eloszlása
Ha a forrás túl kicsi, a kép méretét nem lehet a (4.15) képlet határozza meg, hanem a fényszóródásnak az adó objektívjének nyílásánál kell lennie. Köztudott, hogy a diffrakciós mintázat egy egyenletesen megvilágított kör alakú nyílással jön létre. több koncentrikus gyűrűből áll. A sugárirányú változás a teljesítménysűrűségben a 4.8 ábrán látható formában történik.
Azt mondhatjuk, hogy a kép mérete diffrakciós korlátozott, amikor a sugár az első minimális intenzitása, vagy az első sötét gyűrű a diffrakciós minta válik hasonló nagyságrendűek az átmérője egy jól fókuszált kép, vagyis a amikor a kapcsolat
hol van a forrás átmérője. Ebből következik
A lézerforrásból származó fény, mivel természetesen nagyon kollimált és koherens, általában diffrakciós korlátozott képet ad a forrásról. Mindenesetre a diffrakciós minta közepén a sugárzás intenzitását a kifejezés határozza meg. hol van a teljes sugárzott teljesítmény. Pontforrás esetén a (4.16) segítségével, és más esetekben a nyílás területe alapján határozzák meg. A teljes sugárzási teljesítmény, amelyet egy kis befogadó rekeszterület veszi fel. a diffrakciós mintázat közepén helyezkednek el, általában a képlet alapján határozzák meg
és sugárzási intenzitású pontforrás esetén
Figyelembe kell venni, hogy a fenti képletek túlságosan nagy teljesítményértékeket adnak, és a gyakorlatban az optikai rendszerben további veszteségek keletkeznek a rendellenességek következtében.
Tekintsük azokat a körülményeket, amelyekben a fent leírt optikai kommunikációs rendszer a LED () használatával diffraktíven korlátozható. Tegyük fel, hogy az adó objektívjének fókusztávolsága. Ebben az esetben azt a kapcsolatot kell figyelembe venni, hogy a diffrakció a sugár divergenciáját csak a forrás átmérőjében határozza meg. Így a végső sugárzással rendelkező LED biztosítja a diffrakció-korlátozott rendszer teljesítményét és a sugárzó felületet - nem.
A lézersugárzás diffrakciós divergenciájának csökkentése érdekében gerenda bővítő használható (4,9.
Fig.4.9. A sugárnyereg a diffrakció következtében fellépő divergencia csökkentésére szolgál
Ennek eredményeként nő a diffrakció nyílás. Példaként tegyük fel, hogy egy 10 mW-os félvezető lézer sugárzása kollimáit és 10 mm átmérőjű gerenda bővítő célját kitölti. Aztán, mint korábban, és megtalálja a távolságot
Ha a gerenda eltérése olyan kicsi, hogy nem haladja meg a 0,1 mrad értéket, akkor az útmutatás szükséges pontossága szigorú követelményeket támaszt a sugárirányító rendszer és a hordozható adó mechanikai stabilitása tekintetében.
Az (4.20) és (4.21) kifejezések érvényesek az átviteli rekesz homogén megvilágítására. Egy másik esetben, ahol a diffrakcióhoz kapcsolódó teljesítményeloszlás a távoli területen könnyen kiszámítható, akkor fordul elő, ha a közel zónában a teljesítménysűrűség Gauss eloszlású, mint a 4.10. A gyakorlatban ez azért fontos, mert elmélet szerint a hengeres rezonátor lézersugárzásának legfontosabb keresztirányú módja a kimeneti teljesítménynek ilyen eloszlását adja, és ezt ténylegesen megfigyeljük.
Ezt a rendszert a legjobban a hengeres koordináták segítségével írja le, amelyek a leeső nyílás középpontjában állnak. Foglalkozni fogunk egy radiális sissetriával, és így figyelmen kívül hagyjuk az azimutális koordinátát. Hagyja, hogy a sugárzási sűrűség eloszlása az átviteli nyílás közeli zónájában:
Ezután a síkban (feltételezve, hogy) a teljesítménysűrűség eloszlását
Ha a befogadó rekesz olyan kicsi (hogy az exponenciális kifejezés mindenhol közel azonos az egységgel, akkor a kapott teljesítmény
Könnyen megmutatható, hogy a teljes sugárzott teljesítmény
Mi azonos az (4.20) kifejezéssel, ha figyelembe vesszük, mint az átviteli rekesz tényleges területe.
Az antennarendszerek irányíthatósági jellemzőit az alábbiak szerint írjuk le. Ha nem használ nagyméretű távadót. akkor a forrás ereje egyenletesen sugárzott volna minden irányban. Egy távolban a téren terjesztik. A fő vevőkészülék egy kiegyensúlyozott, abszolút iránytű antennával biztosítja a kapott sugárzást, amelynek hatásos nyílása egyenlő. Ezután a fő átviteli veszteségek az izotróp sugárzott teljesítmény részét képezik, amelyet a fő vevő fogadhat el. Általában a veszteségeket decibelben fejezzük ki. Ha az átvitt sugár koncentrációjára nagy nyílással rendelkező irányított antennatáblát alkalmazunk, akkor a diffrakciós korlátozott sugár intenzitása legfeljebb a legnagyobb mértékben növekszik. Az érték a vevőantennának "erősítése". Ezek a kapcsolatok feltárják a vevő és a távadó antennái közötti visszafordíthatóság létezését, ami a rádiófrekvenciák esetében indokolt. Azonban az optikai tartományban nincs helye a gyakorlatban. Átviteli veszteség összesen
Vagy figyelembe véve (4.20)
Ha. . és. a fő átviteli veszteség. az adó antenna erősítése. a vevő antenna erősítése. amely a teljes átviteli veszteséget adja [13].