Лазерный передатчик

BarsMonster
Сообщений: 48
Зарегистрирован: 22 окт 2015, 00:32

Re: Идеи по начинке

Сообщение BarsMonster » 25 окт 2015, 12:46

maxrez писал(а):какую точность наведения могут дать маховики? Поскольку, если сам лазер не будет наводится с помощью зеркал, то этот параметер имеет критическое значение.


Этот вопрос требует проработки, в том числе и практической. Потому в пессимистичном сценарии лазерной линии связи речь идет о точности наведения 10 минут.
При меньших точностях лазерная связь в любом случае теряет смысл.

Аватар пользователя
maxrez
Сообщений: 151
Зарегистрирован: 21 окт 2015, 16:31

Re: Идеи по начинке

Сообщение maxrez » 25 окт 2015, 15:11

BarsMonster писал(а):
maxrez писал(а):какую точность наведения могут дать маховики? Поскольку, если сам лазер не будет наводится с помощью зеркал, то этот параметер имеет критическое значение.


Этот вопрос требует проработки, в том числе и практической. Потому в пессимистичном сценарии лазерной линии связи речь идет о точности наведения 10 минут.
При меньших точностях лазерная связь в любом случае теряет смысл.

Согласен.
Мне кажется, что всё равно надо проработать вопрос направления лазерного луча системой зеркал. Пока неизвестно какую точность наведения дадут маховики. Поэтому в резерве должен быть план использования зеркал. Ещё попробую просчитать какую расфокусировку лазера мы можем себе позволить, чтобы уверенно попасть в детектор, но при этом сохранить достаточное количество фотонов на единицу информации для уверенной детекции. Пока вопрос: какой скорости передачи хотите достичь?

risele
Сообщений: 9
Зарегистрирован: 23 окт 2015, 12:46

Re: Идеи по начинке

Сообщение risele » 25 окт 2015, 21:13

Kalinkin писал(а):Можно задам несколько вопросов по конструктиву? Мне для общего развития)
tip\til зеркало устанавливается между источником и передающим телескопом?
Каким образом происходит грубое наведение от спутника на Землю? С помощью отдельных систем иди же угловых перемещений tip\til платформы достаточно?

maxrez писал(а):Можно получить более подробную информацию о ваших изделиях?


С прототипа (дюймовая апертура) мы сняли вот что:
Предельный угол отклонения ±0.5°
Точность установки <0,3μrad (измерительной трассы ~100м, организованной в лаборатории, не хватило, чтобы поймать меньшие изменения).
Диапазон рабочих частот до 700 Гц.
Линейность по одной координате составила 97%, по другой – 99%. В рамках точности измерений неортогональности каналов обнаружено не было.
Потребляемая мощность < 20 Вт при пиковых нагрузках (полный размах на 700 Гц), < 3 Вт в номинальном режиме.

Вопрос мощности, конечно, надо будет прорабатывать отдельно. Цифры включают в себя питалово для пьезика и обратной связи и гонялось оно довольно сильно (цифр не назову). Потребление мощи в текущем варианте пока мне неизвестно (и определяется оно, в первую очередь, нужным углом и частотой). Точность без ОС не проверяли.

Кстати, а можно как-нибудь теряемую на транзюках мощу рекуперировать?

Я немножко погонял пьезики по температуре (в диапазоне 30-80 цельсия, вниз не на чем было уйти. и питалово для них я отдельно не грел) и они очень мало плавали, так что с температурной стабильностью все должно быть хорошо.

risele
Сообщений: 9
Зарегистрирован: 23 окт 2015, 12:46

Re: Идеи по начинке

Сообщение risele » 25 окт 2015, 21:27

maxrez писал(а):
risele писал(а):Кроме того, в нем вполпинка реализуется импульсный режим модуляции добротности, что повышает пиковую интенсивность излучения на 5-7 порядков.


Но у таких лазеров слишком большое время релаксации?
На примере импульсного лазера от Laser components видно, что время импульса 150х10^-9 сек. а время отдыха 150х10^-6 сек. (duty factor 0,1%).
То есть за секунду получится около 6666 импульсов. Кроме того, в документации, конечно, пишут, что мощность лазера достигает пару сотен ватт. Но, 1 ватт это 1 джоуль за секунду. То есть количество выброшенных фотонов будет меньше, чем у постоянного лазера. Например, если постоянный лазер с мощностью 100 ватт и длинной волны 880х10^-9м за 1 секунду выбрасывает 4.4х10^20 фотонов.
То импульсный лазер с временем импульса 150х10^-9 сек. , временем релаксации 150х10^-6 сек. (duty factor 0,1%). и пиковой мощностью 100 ватт, выбросит в 1000 раз меньше фотонов.
То есть мы имеем не только слишком медленный лазер для переноса больших объёмов информации (6666 бит/сек.) но и на стороне детектора получаем меньше фотонов на еденицу информации.


В данном вопросе гораздо проще отталкиваться от требований к лазеру, потому что вариантов их великое множество.
В микрочипах обычно реализуется пассивная модуляция. При этом частоты я видел в статьях и 160 кГц. К сожалению, покопаться в них мне не удалось на выходных.
Вообще я предлагал микрочип использовать именно для измерения высоты, а не передачи данных.
Хотя, например, на http://www.crystalaser.com/new/qswitchedlaser.html приводят и такие данные:
Repetition rate
1 kHz to 100 kHz internal adjustable
0 Hz to 200 kHz by external trigger


BarsMonster писал(а):
Расходимость пучка у нас ограничена точностью наведения, а не качеством излучения.


Вот этой фразы вообще не понял. Имеется в виду, что расходимость ограничена снизу с целью хоть как-то попасть в заданный регион?

risele
Сообщений: 9
Зарегистрирован: 23 окт 2015, 12:46

Re: Идеи по начинке

Сообщение risele » 25 окт 2015, 21:28

BarsMonster писал(а):
А как предлагается модулировать твердотельный лазер? Там больше 50кГц может и не выйти при модулировании накачкой. Электрооптический модулятор - можно, но в космосе не любят высокое напряжение. В общем, это непростой вариант.

Импульсный режим рассматривался, но на текущей стадии мы его даже не сможем отработать на земле т.к. сборка опытного лазера выйдет в сумму собранную на весь проект :-) Ну и опять же, электрооптические модуляторы - высокое напряжение - в космосе не хорошо.


У меня есть отличная идея - этот вопрос можно закинуть на тематические кафедры в паре вузиков. Людям - дипломы, спутнику - лазеры :)

Аватар пользователя
maxrez
Сообщений: 151
Зарегистрирован: 21 окт 2015, 16:31

Re: Идеи по начинке

Сообщение maxrez » 25 окт 2015, 22:22

risele писал(а):Людям - дипломы, спутнику - лазеры :)


У вас слог как у Маяковского :D

Насчёт лазеров, предлагаю ознакомиться с этим проектом https://directory.eoportal.org/web/eopo ... ocube-ocsd Решения довольно интересные. Всегда можно связаться с разработчиками, которые делали вещи до нас и расспросить что и как и какие подводные камни ждать.

Аватар пользователя
maxrez
Сообщений: 151
Зарегистрирован: 21 окт 2015, 16:31

Re: Идеи по начинке

Сообщение maxrez » 25 окт 2015, 22:24

risele писал(а):Вообще я предлагал микрочип использовать именно для измерения высоты, а не передачи данных.

Тогда другое дело. Такого лазера думаю будет вполне достаточно. Кстати это ещё одна тема - определение высоты.

gionov
Сообщений: 272
Зарегистрирован: 23 окт 2015, 21:15
Откуда: г. Снежинск, Челябинская обасть
Контактная информация:

Re: Идеи по начинке

Сообщение gionov » 25 окт 2015, 22:51

maxrez писал(а):Тогда другое дело. Такого лазера думаю будет вполне достаточно. Кстати это ещё одна тема - определение высоты.

Достаточно боковых камер для съёмки лимба. Но если будет прямое измерение лазером, то ещё лучше. А чем принимать отражённый от поверхности сигнал?

risele
Сообщений: 9
Зарегистрирован: 23 окт 2015, 12:46

Re: Идеи по начинке

Сообщение risele » 25 окт 2015, 23:01

gionov писал(а):
maxrez писал(а):Тогда другое дело. Такого лазера думаю будет вполне достаточно. Кстати это ещё одна тема - определение высоты.

Достаточно боковых камер для съёмки лимба. Но если будет прямое измерение лазером, то ещё лучше. А чем принимать отражённый от поверхности сигнал?


Фотоприемник, не камерой же. От поверхности довольно широкий пучок пойдет. С импульсным лазером можно сделать аналог синхронного детектирования, что уберет шумы.

Аватар пользователя
maxrez
Сообщений: 151
Зарегистрирован: 21 окт 2015, 16:31

Re: Идеи по начинке

Сообщение maxrez » 25 окт 2015, 23:31

gionov писал(а):
maxrez писал(а):Тогда другое дело. Такого лазера думаю будет вполне достаточно. Кстати это ещё одна тема - определение высоты.

Достаточно боковых камер для съёмки лимба. Но если будет прямое измерение лазером, то ещё лучше. А чем принимать отражённый от поверхности сигнал?

ФЭУ. Есть маленькие и дешёвые. Имеют значение MPPC (multi-pixel photon counter). Или APD (avalansche photodiode). Хотя не уверен, что их чувствительность будет достаточной.

Аватар пользователя
maxrez
Сообщений: 151
Зарегистрирован: 21 окт 2015, 16:31

Re: Идеи по начинке

Сообщение maxrez » 25 окт 2015, 23:36

risele писал(а):
Фотоприемник, не камерой же. От поверхности довольно широкий пучок пойдет. С импульсным лазером можно сделать аналог синхронного детектирования, что уберет шумы.


Так и делается. Измеряется время между излучением лазерного импульса и его приходом. Но для этого нужна точная нормаль времени.

risele
Сообщений: 9
Зарегистрирован: 23 окт 2015, 12:46

Re: Идеи по начинке

Сообщение risele » 26 окт 2015, 01:22

maxrez писал(а):
risele писал(а):
Фотоприемник, не камерой же. От поверхности довольно широкий пучок пойдет. С импульсным лазером можно сделать аналог синхронного детектирования, что уберет шумы.


Так и делается. Измеряется время между излучением лазерного импульса и его приходом. Но для этого нужна точная нормаль времени.


Можно по-другому.

Частота импульсов подбирается так, чтобы они не перекрывались: пока один импульс полный путь туда-обратно не пройдет, следующий не вылезает. Для 10км время двойного обхода - 60 мкс, если не обсчитался, значит частота - не выше 30 кГц. Насчет пассивной модуляции с такой частотой надо подумать, активной - без проблем.

Выходящий импульс делится на два. Один, слабенький, ловится фотоприемником не отходя от кассы (назовем его "контрольный"), второй отправляется на Луну и возвращается обратно, ловится другим ФП (назовем его отраженный).

Сигнал контрольного импульса запускает генератор линейно растущего напряжения (назовем пилой).
Сигнал отраженного делится на две части: одна уходит в компаратор ("отпрямоуголивается"), вторая - вырубает генератор линейного.

Затем пила и прямоугольник перемножаются и результат их заряжает кондер, напряжение на котором снимается АЦП. Полученное значение сравнивается с табличным и из него узнается время задержки.

Я просимулировал это дело в матлабе (http://pastebin.com/jiZb4vR5) на рандомных, правда, цифрах (лень заморачиваться было), у меня получилась линейная зависимость.

Схемку прилагаю. Увы, загрузить на форум пдф-ку нельзя, потому так: http://vk.cc/4lbB8A


UPD: вместо отпрямоуголивания импульса с учетом длительности можно генерировать прямоугольник фиксированной длительности.
Надо будет это на досуге по-нормальному прикинуть, с учетом шумов, расплывания импульса и прочего.

С делителем можно не заморачиваться, а попробовать ловить рефлекс от оптики после лазера.


UPD2: Ну или же просто включать-выключать счетчик :)
а то чего-то я накрутил зачем-то лишнего.

BarsMonster
Сообщений: 48
Зарегистрирован: 22 окт 2015, 00:32

Re: Идеи по начинке

Сообщение BarsMonster » 26 окт 2015, 08:01

maxrez писал(а):Насчёт лазеров, предлагаю ознакомиться с этим проектом https://directory.eoportal.org/web/eopo ... ocube-ocsd Решения довольно интересные. Всегда можно связаться с разработчиками, которые делали вещи до нас и расспросить что и как и какие подводные камни ждать.


Решение у них действительно интересное, данные передаются полупроводниковым диодным лазером, далее - волоконный оптический усилитель.
Нормальная рабочая схема, и выглядит намного надежнее использования электрооптических модуляторов.
Думаю можно попробовать даже прототип собрать на этапе отработки, почти все компоненты у меня есть.

Аватар пользователя
maxrez
Сообщений: 151
Зарегистрирован: 21 окт 2015, 16:31

Re: Идеи по начинке

Сообщение maxrez » 26 окт 2015, 11:21

BarsMonster писал(а):
Решение у них действительно интересное, данные передаются полупроводниковым диодным лазером, далее - волоконный оптический усилитель.
Нормальная рабочая схема, и выглядит намного надежнее использования электрооптических модуляторов.
Думаю можно попробовать даже прототип собрать на этапе отработки, почти все компоненты у меня есть.


Отлично! если не сложно, можно выложить документацию к компонентам? Меня интересует длинна волны лазера, его мощность, и электрические параметры. Я как-нибудь попробую собрать детектор на MPPC. Благо на работе есть один не востребованный.

Аватар пользователя
Ejj
Сообщений: 290
Зарегистрирован: 21 окт 2015, 21:01

Re: Идеи по начинке

Сообщение Ejj » 26 окт 2015, 12:59

Есть оценки влияния атмосферы на лазерную линию связи Луна-Земля?

Аватар пользователя
maxrez
Сообщений: 151
Зарегистрирован: 21 окт 2015, 16:31

Re: Идеи по начинке

Сообщение maxrez » 26 окт 2015, 13:27

Ejj писал(а):Есть оценки влияния атмосферы на лазерную линию связи Луна-Земля?

конечно есть. Во первых имеет влияние пропускная способность атмосферы света с разной длинной волны.
Transmittance-vs-Wavelength.jpg
Transmittance-vs-Wavelength.jpg (1.5 MiB) 3892 просмотра
http://www.randfoo.com/wp-content/uploads/2010/01/Transmittance-vs-Wavelength.jpg
Потом думаю имеет влияние турбуленции, световой и обыкновенный смог.

П.С. прошу прощения, что не ответил в личку. У меня пока нет прав на это.

Progg
Сообщений: 59
Зарегистрирован: 21 окт 2015, 10:56

Re: Идеи по начинке

Сообщение Progg » 26 окт 2015, 14:27

maxrez писал(а):П.С. прошу прощения, что не ответил в личку. У меня пока нет прав на это.

И теперь у меня ощущение, что часть работы ведется как-то скрыто, в личных сообщениях и т.п. Странное чувство :(

Аватар пользователя
maxrez
Сообщений: 151
Зарегистрирован: 21 окт 2015, 16:31

Re: Идеи по начинке

Сообщение maxrez » 26 окт 2015, 15:41

Progg писал(а):
maxrez писал(а):П.С. прошу прощения, что не ответил в личку. У меня пока нет прав на это.

И теперь у меня ощущение, что часть работы ведется как-то скрыто, в личных сообщениях и т.п. Странное чувство :(

Там нет ничего важного. Товарищ просто спросил как мне нравится его предложение по перелёту Земля-Луна. По крайней мере я в скрытой работе не учавствую. :D

BarsMonster
Сообщений: 48
Зарегистрирован: 22 окт 2015, 00:32

Re: Идеи по начинке

Сообщение BarsMonster » 26 окт 2015, 16:04

maxrez писал(а):Отлично! если не сложно, можно выложить документацию к компонентам? Меня интересует длинна волны лазера, его мощность, и электрические параметры. Я как-нибудь попробую собрать детектор на MPPC. Благо на работе есть один не востребованный.


В упомянутой выше статье - работали на 1064нм.
В LADEE работали на 1.55мкм, с электрооптическим модулятором.

У меня все только на 1064нм - активные элементы, диоды накачки (от 0.5 до 40Вт), зеркала. Не хватает только диодного лазера на 1064нм и детектора лучше чем фотодиод. Впрочем, для наземной отработки высокие мощности и не понадобятся.

А что за MPPC у вас используются?

BarsMonster
Сообщений: 48
Зарегистрирован: 22 окт 2015, 00:32

Re: Идеи по начинке

Сообщение BarsMonster » 26 окт 2015, 16:08

Ejj писал(а):Есть оценки влияния атмосферы на лазерную линию связи Луна-Земля?


В нашех условиях влияние атмосферы на downlink несущественно (если нет облаков).
Грубо, для масштаба, мы теряем 200dB на расхождении пучка по трассе и 2dB на прохождение атмосферы, турбулентность и проч.


Вернуться в «Состав космического аппарата»

Кто сейчас на форуме

Количество пользователей, которые сейчас просматривают этот форум: нет зарегистрированных пользователей и 1 гость