[go: up one dir, main page]

RU2678918C1 - Method of modulating laser beam with quartz resonator with corner reflectors - Google Patents

Method of modulating laser beam with quartz resonator with corner reflectors Download PDF

Info

Publication number
RU2678918C1
RU2678918C1 RU2017138237A RU2017138237A RU2678918C1 RU 2678918 C1 RU2678918 C1 RU 2678918C1 RU 2017138237 A RU2017138237 A RU 2017138237A RU 2017138237 A RU2017138237 A RU 2017138237A RU 2678918 C1 RU2678918 C1 RU 2678918C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
laser beam
quartz resonator
accordance
digital information
corner reflectors
Prior art date
Application number
RU2017138237A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Татьяна Алексеевна Челушкина
Хаджимурат Магомедович Гаджиев
Александр Александрович Иванченко
Original Assignee
ООО "Ботлихский радиозавод"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by ООО "Ботлихский радиозавод" filed Critical ООО "Ботлихский радиозавод"
Priority to RU2017138237A priority Critical patent/RU2678918C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2678918C1 publication Critical patent/RU2678918C1/en

Links

Images

Classifications

    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B26/00Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements
    • G02B26/002Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements the movement or the deformation controlling the frequency of light, e.g. by Doppler effect
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01SDEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S3/00Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
    • H01S3/10Controlling the intensity, frequency, phase, polarisation or direction of the emitted radiation, e.g. switching, gating, modulating or demodulating
    • H01S3/10007Controlling the intensity, frequency, phase, polarisation or direction of the emitted radiation, e.g. switching, gating, modulating or demodulating in optical amplifiers
    • H01S3/10023Controlling the intensity, frequency, phase, polarisation or direction of the emitted radiation, e.g. switching, gating, modulating or demodulating in optical amplifiers by functional association of additional optical elements, e.g. filters, gratings, reflectors
    • HELECTRICITY
    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04BTRANSMISSION
    • H04B10/00Transmission systems employing electromagnetic waves other than radio-waves, e.g. infrared, visible or ultraviolet light, or employing corpuscular radiation, e.g. quantum communication
    • H04B10/11Arrangements specific to free-space transmission, i.e. transmission through air or vacuum
    • H04B10/112Line-of-sight transmission over an extended range
    • H04B10/1123Bidirectional transmission
    • H04B10/1125Bidirectional transmission using a single common optical path

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Optical Communication System (AREA)

Abstract

FIELD: information technology.SUBSTANCE: method relates to the field of information transmission and concerns a method of modulating a laser beam with a quartz resonator with corner reflectors. Method includes the use of a set of rectangular tetrahedrons with mutually perpendicular mirror reflecting planes located in one plane. On the side opposite to the reflecting planes, a pulse coded quartz resonator is attached thereto, which, as a result of supplying digital information in the form of electrical pulses, forms mechanical vibrations in accordance with the piezoelectric effect to change the frequency of the reflected laser radiation in accordance with the Doppler effect.EFFECT: reducing power consumption and providing the possibility of transmitting digital information from a microsatellite on a re-reflected beam.1 cl, 2 dwg

Description

Способ относится к технике связи и может быть использован для передачи цифровой информации от микроспутника. The method relates to communication technology and can be used to transmit digital information from the microsatellite.

Известен уголковый отражатель [1], выполненный в виде тетраэдра с тремя металлизированными отражающими гранями, в котором два двугранных угла равны π/2, а третий - π/2(S+1), где s 1, 2, 3, 4. Длины его ребер R1, R2, R3 выбраны из соотношения R1:R2:R3=а:а:1. Известен также призменный уголковый отражатель [2], выполненный в виде трехгранной пирамиды, двугранные углы между боковыми отражающими гранями которой также равны π/2, π/2 и π/2(S+1), где S - целое положительное число, ребра отражателя выполнены с размерами Р1 и Р2, определяемыми из математических соотношений. Показатель преломления материала отражателя также определяется из приведенного соотношения. Известные уголковые отражатели используются для обеспечения отражения лазерного излучения от различных объектов, в том числе спутников Земли, строго в обратном направлении. Known corner reflector [1], made in the form of a tetrahedron with three metallized reflecting faces, in which two dihedral angles are π / 2, and the third is π / 2 (S + 1), where s 1, 2, 3, 4. Lengths its ribs R1, R2, R3 are selected from the ratio R1: R2: R3 = a: a: 1. Also known is a prismatic corner reflector [2], made in the form of a trihedral pyramid, the dihedral angles between the side reflective faces of which are also equal to π / 2, π / 2 and π / 2 (S + 1), where S is a positive integer, the edges of the reflector made with sizes P1 and P2, determined from mathematical relations. The refractive index of the material of the reflector is also determined from the above ratio. Known corner reflectors are used to provide reflection of laser radiation from various objects, including Earth satellites, in the exact opposite direction.

Недостатком известных технических решений является то, что отсутствует возможность передачи цифровой информации от микроспутника по отраженному лазерному лучу.A disadvantage of the known technical solutions is that there is no possibility of transmitting digital information from the microsatellite via a reflected laser beam.

Целью данного способа модуляции является передача от микроспутника по переотраженному от уголкового отражателя лазерному лучу цифровой информации.The purpose of this modulation method is to transmit digital information from the microsatellite via a laser beam of digital information re-reflected from the corner reflector.

Это достигается тем, что со стороны противоположной отражающим плоскостям, прикреплен кодово-импульсный кварцевый резонатор, который в результате подачи цифровой информации в виде электрических импульсов будет осуществлять формирование механических вибраций в соответствии с пьезоэффектом для изменения частоты отраженного лазерного излучения в соответствии с эффектом Доплера. This is achieved by the fact that on the side opposite to the reflecting planes, a code-pulsed quartz resonator is attached, which, as a result of supplying digital information in the form of electric pulses, will generate mechanical vibrations in accordance with the piezoelectric effect to change the frequency of the reflected laser radiation in accordance with the Doppler effect.

На фиг. 1 изображен фрагмент элементарной ячейки уголкового отражателя с кодово-импульсным кварцевым резонатором отраженного лазерного луча для передачи цифровой информации от микроспутника. Лазерный луч после однократного, двукратного или трехкратного переотражения (зависит от ориентации уголкового отражателя относительно луча) будет направлен обратно к наземной станции связи. Отражающие поверхности 1 находятся в физическом контакте с кварцевым резонатором 2.In FIG. 1 shows a fragment of a unit cell of a corner reflector with a code-pulse quartz resonator of a reflected laser beam for transmitting digital information from a microsatellite. The laser beam after a single, double or triple re-reflection (depending on the orientation of the corner reflector relative to the beam) will be directed back to the ground communication station. The reflecting surfaces 1 are in physical contact with the quartz resonator 2.

На фиг. 2 изображена батарея элементарных ячеек для повышения эффективности работы уголкового отражателя.In FIG. 2 shows a battery of unit cells to increase the efficiency of the corner reflector.

Способ реализуется следующим образом. Наземный лазер осуществляет сканирование участка неба в зоне предполагаемого нахождения микроспутника. При попадании лазерного луча на уголковый отражатель произойдет его обратное переотражение в сторону излучающего лазера. При получении отраженного луча, наземная станция осуществляет передачу цифровой информации на микроспутник по лазерному лучу в оптической форме. Затем, наземная станция переключается на прием цифровой информации. Для этого луч лазера осуществляет непрерывную подсветку уголкового отражателя. Бортовой компьютер микроспутника подает в цифровом виде информацию на кодово-импульсный кварцевый резонатор, который при воздействии электрических импульсов, преобразует их в механические колебания кристаллов, а те, в свою очередь, воздействуют на отражающие поверхности уголкового отражателя. В результате, отраженный лазерный луч будет промодулирован в соответствии с эффектом Доплера, что позволит с высоким быстродействием передать значительное количество информации от микроспутника на наземную станцию связи. Дополнительным преимуществом является высокая энергоэффективность такого способа модуляции лазерного луча, т.к. вместо энергопотребляющего приемо-передающего устройства и антенной системы с изменением диаграммы направленности для предлагаемого способа модуляции потребуется минимальная электрическая энергия для воздействия на кварцевый резонатор. Это позволит уменьшить энергопотребление микроспутника с целью перенаправления высвободившейся энергии для выполнения других функций.The method is implemented as follows. The ground-based laser scans a portion of the sky in the area of the proposed location of the microsatellite. When a laser beam hits the corner reflector, it will be retroreflected towards the emitting laser. Upon receipt of the reflected beam, the ground station transmits digital information to the microsatellite via a laser beam in optical form. Then, the ground station switches to receiving digital information. For this, the laser beam provides continuous illumination of the corner reflector. The on-board computer of the microsatellite provides digital information to a code-pulse quartz resonator, which, when exposed to electric pulses, converts them into mechanical vibrations of crystals, and these, in turn, act on the reflective surfaces of the corner reflector. As a result, the reflected laser beam will be modulated in accordance with the Doppler effect, which will allow high-speed transmission of a significant amount of information from the microsatellite to a ground communication station. An additional advantage is the high energy efficiency of this method of modulating the laser beam, because Instead of a power-consuming transceiver and antenna system with a change in the radiation pattern, the proposed modulation method will require minimal electric energy to act on the quartz resonator. This will reduce the power consumption of the microsatellite in order to redirect the released energy to perform other functions.

Недостатком предлагаемого способа модуляции лазерного луча является зависимость от погодных условий, которые могут повлиять на параметры лазерного луча. Однако в случае глобального развертывания такого способа модуляции лазерного луча для орбитальной группировки микроспутников, можно будет осуществить развертывание оптической линии связи между всеми микроспутниками и передачу информации от них на ту наземную станцию связи, которая будет находиться в благоприятных погодных условиях. The disadvantage of the proposed method for modulating the laser beam is the dependence on weather conditions, which can affect the parameters of the laser beam. However, in the case of the global deployment of such a method of modulating a laser beam for the orbital constellation of microsatellites, it will be possible to deploy an optical communication line between all microsatellites and transmit information from them to that ground communication station, which will be in favorable weather conditions.

ЛитератураLiterature

1. Патент РФ №2020668. Уголковый отражатель / Титов А.Д. Опубл. 30.09.1994. 1. RF patent No. 2020668. Corner reflector / Titov A.D. Publ. 09/30/1994.

2. Патент РФ №2101740. Призменный уголковый отражатель / Титов А.Д. Опубл. 10.01.1998.2. RF patent No. 2101740. Prismatic angle reflector / Titov A.D. Publ. 01/10/1998.

Claims (1)

Способ модуляции лазерного луча кварцевым резонатором с уголковыми отражателями, реализуемый расположенными в одной плоскости набором прямоугольных тетраэдров с взаимно перпендикулярными зеркальными отражающими плоскостями, отличающийся тем, что со стороны, противоположной отражающим плоскостям, прикреплен кодово-импульсный кварцевый резонатор, который в результате подачи цифровой информации в виде электрических импульсов будет осуществлять формирование механических вибраций в соответствии с пьезоэффектом для изменения частоты отраженного лазерного излучения в соответствии с эффектом Доплера.A method of modulating a laser beam with a quartz resonator with corner reflectors, implemented by a set of rectangular tetrahedra located on the same plane with mutually perpendicular mirror reflecting planes, characterized in that a code-pulse quartz resonator is attached from the side opposite to the reflecting planes, which, as a result of supplying digital information to in the form of electrical impulses will form mechanical vibrations in accordance with the piezoelectric effect for changing frequencies the reflected laser beam in accordance with the Doppler effect.
RU2017138237A 2017-11-02 2017-11-02 Method of modulating laser beam with quartz resonator with corner reflectors RU2678918C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2017138237A RU2678918C1 (en) 2017-11-02 2017-11-02 Method of modulating laser beam with quartz resonator with corner reflectors

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2017138237A RU2678918C1 (en) 2017-11-02 2017-11-02 Method of modulating laser beam with quartz resonator with corner reflectors

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2678918C1 true RU2678918C1 (en) 2019-02-04

Family

ID=65273494

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2017138237A RU2678918C1 (en) 2017-11-02 2017-11-02 Method of modulating laser beam with quartz resonator with corner reflectors

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2678918C1 (en)

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3989942A (en) * 1974-12-13 1976-11-02 International Telephone And Telegraph Corporation Retro-reflecting laser responser and data modulator
US20090010644A1 (en) * 2002-02-01 2009-01-08 Cubic Corporation Integrated optical communication and range finding system and applications thereof
CN102983904A (en) * 2012-12-05 2013-03-20 合肥鼎臣光电科技有限责任公司 Free space optical communication system based on modulation retroflector and communication method thereof

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3989942A (en) * 1974-12-13 1976-11-02 International Telephone And Telegraph Corporation Retro-reflecting laser responser and data modulator
US20090010644A1 (en) * 2002-02-01 2009-01-08 Cubic Corporation Integrated optical communication and range finding system and applications thereof
CN102983904A (en) * 2012-12-05 2013-03-20 合肥鼎臣光电科技有限责任公司 Free space optical communication system based on modulation retroflector and communication method thereof

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Гаджиев Х.М. и др. Передача информации с беспилотного летательного аппарата по отраженному лазерному лучу. ИННОВАЦИИ, ТЕХНОЛОГИИ, НАУКА. Сборник статей Международной научно-практической конференции, 25 января 2017 г., стр. 30-32. *

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US1384014A (en) Method and apparatus for signaling and otherwise utilizing radiant impulses
BR9604936A (en) Multifunctional interactive communication system with circular / elliptical polarized signal transmission and reception
CN103873151A (en) Satellite-borne integration communication system compatible with microwave communication, laser communication and quantum communication
RU2678918C1 (en) Method of modulating laser beam with quartz resonator with corner reflectors
CN211830779U (en) Underwater wireless optical communication system
CN207008201U (en) One kind polarization isolation transceiver optical antenna
CN209562550U (en) Signal transmitting system between a kind of star
EP1695468B1 (en) Laser-based communications with a remote information source
Bai Generation of multi-mode OAM waves through 1-bit direct-radiating programmable metasurfaces
CN103986523B (en) Cassegrain transceiver antenna and transceiver method based on fiber array
RU2753995C1 (en) Mirror spherical antenna
CN115189770B (en) A self-protecting resonant beam system for securely transmitting remote data and energy
You et al. Wave-optics simulation of the channel fading in modulating retro-reflector free-space optical link
RU2007121911A (en) EARTH-EARTH-EARTH RADIO COMMUNICATION SYSTEM
He et al. Discuss performance of corner-cube prism for modulating retro-reflector terminal in free-space laser communication
Getsinger Centimeter wave beacon transmitter design
Jiang et al. A Multi-Mode Vortex Beams Generator Based on Reconfigurable Reflective Metasurface
Huang et al. Design of Reflective Time-Modulation Metasurfaces for Generating Multiple Doppler Shifts
Fang et al. Pseudo-random modulation continuous wave narrowband sodium temperature/wind lidar
GB2324911A (en) Antenna array
Liu Design of a High-Gain Transmit-Reflect-Array Antenna for Bidirectional Beams Exhibiting Orthogonal Polarization Characteristics
Dong et al. Multiple Vortex Electromagnetic Wave Generation Based on Ultra-Wideband Reflective Metasurface
Wang et al. Ultra-Broadband Stealth Vortex Wave Antenna Based on Metasurface
US20210297039A1 (en) Retroreflector method to prevent light pollution without energy absorption
Kerecman Real time millimeter wave imaging

Legal Events

Date Code Title Description
PD4A Correction of name of patent owner
QB4A Licence on use of patent

Free format text: LICENCE FORMERLY AGREED ON 20191125

Effective date: 20191125

QB4A Licence on use of patent

Free format text: LICENCE FORMERLY AGREED ON 20220225

Effective date: 20220225