توسعه لیزر پیکوثانیه با دقت بالا توسط دانشمندان روسی برای ناوبری ماهواره ای

توسعه لیزر پیکوثانیه با دقت بالا توسط دانشمندان روسی برای ناوبری ماهواره ای

 

آزمایشگاه دانشگاه ITMO
دانشمندان دانشگاه ITMO (سنت پترزبورگ، روسیه) برای اندازه گیری دقیق فاصله بین ماه و زمین لیزری با پهنای پالس کم و توان بالا ارائه داده اند که خطا در تعیین فاصله زمین و ماه را تا چند میلی متر کاهش می دهد. با استفاده از این داده ها می توان مختصات دقیق ماهواره های مصنوعی را با تأثیر جرم ماه دانست و از این اطلاعات برای ساخت سیستم ناوبری دقیق تر بهره برد.
عملکرد سیستم های GPS و GLONASS (معادل روسی GPS) بر اساس اندازه گیری دقیق فاصله بین شیء زمینی و چندین ماهواره فضایی است. مختصات ماهواره ای باید تا اندازه ممکن دقیق باشند تا از محل دقیق شیء اطمینان حاصل شود. به علاوه جرم ماه، خط سیر ماهواره را تحت تأثیر قرار می دهد. بنابراین، مختصات قمری را باید هنگام محاسبه موقعیت ماهواره در نظر گرفت. مختصات قمری با اندازه گیری فاصله تا ماه با استفاده از لیزر مکان یاب نتیجه می شود. دقت این مکان یاب ها به ویژگی های لیزر بستگی دارد. پهنای پالس کوتاه تر و واگرایی کمتر پرتو لیزر، اندازه گیری فاصله بین لیزر و ماه را آسان تر می کند.  
مشخصات لیزر توسعه یافته در این دانشگاه چنین است: لیزرNd:YAG  با طول موج 1064 نانومتر تقویت کننده توان نوسان گر اصلی (MOPA[1]) پمپاژ شده با دیود، اندازه نسبتاً کوچک، واگرایی کم و پالس های کوتاه (پهنای پالس 64 پیکوثانیه) با انرژی و نرخ تکرار پالس بالا. واگرایی پرتو لیزر، که درخشندگی را در فواصل دور مشخص می کند، نزدیک به حد تئوری است یعنی چندین مرتبه کمتر از شاخص های توصیف شده برای دستگاه های مشابه است.
سیستم لیزر به منظور جبران اعوجاج های حرارتی، مرتبه پایینی از اپتیک تطبیقی (AO[2]) را شامل می شود. بخش اپتیک تطبیقی شامل اپتیک آستیگماتیک و یک آشکارساز چهاربخشی[3] به منظور جبران اعوجاج های وابسته به زمان جبهه موج در تقویت کننده لیزر با انرژی بالا است.  
آقای رومن بالماشنوف، مهندس مؤسسه تحقیقاتی فیزیک لیزر و دانشجوی دکتری دانشکده فوتونیک دانشگاه ITMO می گوید: "ساخت لیزر با طول پالس ده ها پیکوثانیه دیگر از نظر تکنیکی سخت نیست. با این حال، انرژی پالس خروجی این لیزر حداقل دو برابر بیشتر از آنالوگهای آن است؛ 250 میلی ژول در طول موج سبز و 430 میلی ژول در طول موج مادون قرمز. ما موفق شدیم به نرخ بالای تکرار پالس از مرتبه 200 هرتز و پایداری انرژی دست یابیم، بنابراین انرژی پالس از پالسی به پالس دیگر تغییر نمی کند".
این لیزر جدید در یک مکان یاب لیزری قمری برای سیستم ناوبری GLONASS مورد استفاده قرار خواهد گرفت. این لیزر دسترسی بی درنگ به مختصات صحیح ماهواره ای را امکان پذیر می سازد و سیستم ناوبری روسیه را دقیق تر می کند. میزان خطا هنگام قرار دادن کاربران ممکن است به کمتر از 10 سانتی متر کاهش یابد.
آقای آندری مک رئیس مؤسسه تحقیقاتی فیزیک لیزر دانشگاه ITMO می گوید: "این لیزر از چند نظر پیشرو است. بر اساس اطلاعات ما، این لیزر قدرتمندترین منبع تابش لیزری دارای پالس های متناوب پیکوثانیه در جهان است. لیزرهای این کلاس علاوه بر برنامه های کاربردی دقیق، می توانند برای عکسبرداری از اشیاء مداری مثل ماهواره ها یا بقایای فضایی استفاده شوند".


 
Reference:
1. A. F. Kornev et al., Optics Letters 43, 43944397 (2018); https://doi.org/10.1364/OL.43.004394.
 
 

[1] Master-Oscillator Power-Amplifier
[2] Adaptive-Optics
[3] Quadrant Photodiode
 
منبع : www.laserfocusworld.com      1397/9/22 11:46