4. ПРИМЕНЕНИЕ В САР КВАНТОВЫХ УСИЛИТЕЛЕЙ И ГЕНЕРАТОРОВ РАДИОДИАПАЗОНА, ОПТИЧЕСКОГО И ИНФРАКРАСНОГО ДИАПАЗОНОВ

Квантовые усилители сантиметрового и дециметрового диапазонов позволяют резко повысить чувствительность приемных устройств и практически достичь предельных значений, которых невозможно получить с помощью других средств. Они находят применение в наземных стационарных установках сверхдальней связи, в частности, в системах связи с использованием искусственных спутников Земли, в радиоастрономии и в радиолокации космических объектов и других устройствах. С помощью квантовых усилителей получено существенное увеличение дальности действия радиолокационных станций. Для наземного радиолокатора на длинах волн 3 и 10 см дальность действия при использовании квантовых усилителей увеличена в 1,7 раза [9]. Анализ возможностей квантовых усилителей привел к выводу о перспективности использования их в бортовых радиолокаторах. Для эффективного использования квантовых усилителей совместно с антеннами необходимо, чтобы шумы антенн были одного порядка с шумами усилителя. В многозеркальных антеннах приемное устройство с усилителем размещаются непосредственно за вершиной большого зеркала, что позволяет значительно уменьшить длину волноводных трактов. С применением квантовых усилителей дециметрового диапазона осуществлена радиолокация планет Меркурий, Марс, Венера, Юпитер [6]. В радиоастрономии квантовые усилители являются наиболее чувствительными из известных приборов, применяемых для обнаружения микроволнового излучения, приходящего из внешнего пространства. При этом предел чувствительности квантовых усилителей определяется явлением квантовых флуктуаций, а также излучением Земли и атмосферы. Чувствительность радиоастрономического оборудования в определенных областях частот возросла на один-два порядка. С появлением малогабаритных систем охлаждения с замкнутым циклом и сверхпроводящих магнитов квантовые усилители найдут более широкое применение.

Молекулярные генераторы радиодиапазона, благодаря высокой стабильности частоты, находят применение в качестве стандартов частоты (времени) и используются для решения ряда научных задач и задач прикладного характера.

Квантовые усилители и генераторы оптического и инфракрасного диапазонов могут найти применение во входных устройствах САР, значительно повышая их чувствительность и разрешающую способность. Они применяются как для повышения чувствительности приемников (высокочувствительные усилители), так и для увеличения выходной мощности ОКГ (усилители мощности). ОКУ представляют большой интерес и как приемники оптических сигналов, несущих информацию, особенно в случаях передачи информации за счет фазовой или частотной модуляции несущей. Хотя ОКУ еще

находятся в стадии разработки и многие вопросы еще не решены и решение их представляет значительные технические трудности, они обладают огромными возможностями передачи информации. Вследствие того, что в оптическом диапазоне размеры резонатора значительно превышают длину волны и в пределах ширины спектральной линии находится много собственных типов колебаний, вероятность спонтанного излучения, а следовательно, и суммарный шум ОКУ будет пропорционален числу типов колебаний. Однако спонтанное излучение для разных типов колебаний обладает различными пространственными и частотными характеристиками.

Если прием сигнала, несущего информацию, ведется по всей полосе, то это эквивалентно приему информации одновременно по большому числу каналов, разделенных пространственно или по частоте. ОКГ уже в настоящее время находят применение в светолокации, связи, управлении, технологии производства и т. д. Световая локация применяется, в частности, для целей астрономии (для измерения расстояния до поверхности Луны и др.). ОКГ также используется в дальномерных устройствах как в наземных условиях, так и на самолетах.

Высокая временная когерентность колебаний ОКГ позволяет резко повысить емкость канала связи. Вследствие того, что частота света весьма велика, число каналов связи на одной линии может быть сделано значительно большим, чем в радиодиапазоне. Так, число телевизионных каналов, которые могут быть переданы на длице волны в 1 мкм при ширине полосы 1 А, составляет . Высокая направленность излучения позволяет использовать ОКГ, в частности, для космической связи на расстояния до 10 световых лет.

Следует подчеркнуть, что в оптическом диапазоне передача и прием информации обладают рядом специфических особенностей — в частности, здесь значительно раньше сказывается квантовая структура электромагнитного излучения на процессы передачи и приема информации.

ОКГ применяются для управления на расстоянии как наземными, так и космическими установками и объектами.

С появлением ОКГ оптические аналоговые вычислительные машины получили возможность дальнейшего развития. Оптическая аналоговая машина с ОКГ в качестве источника света может за одну миллисекунду перемножить 104 мерных векторов и квадратную матрицу 104 порядка. Быстродействие оптической вычислительной машины связано с тем, что для представления двух независимых переменных в ней используются две пространственные координаты и, следовательно, имеется возможность производить операции над двумя переменными одновременно. Электронная цифровая машина в каждый момент времени представляет собой одномерное устройство. Для обработки информации, содержащейся в сигнале, цепям электронной вычислительной машины нужен конечный интервал времени.

Входная информация для оптической вычислительной машины записывается заранее и мгновенно обрабатывается в ней световым лучом. Обычно материалом, на котором записывается информация, является фотопленка. Она служит фактически преобразователем электрического сигнала, так как с помощью, например, комбинаций линз и источников света действие электрического сигнала может привести к появлению на пленке картины из светлых и темных элементов. Эта картина будет модулировать световой поток при его прохождении через пленку. Однако фотопленка обладает тем недостатком, что она требует времени на проявление. Использование фотоупругого материала позволяет работать без потерь времени на обработку пленки. Хотя математическая операция выполняется мгновенно, быстродействие вычислительной машины ограничивается быстродействием входного и выходного преобразователей. Динамический диапазон такой машины ограничивается лишь величиной шумов — паразитных световых сигналов, которые можно снижать в определенных пределах.

Оптическая вычислительная машина обеспечивает широкий динамический диапазон и может работать одновременно на всех частотах. Поэтому такие машины целесообразно применять в системах связи с распределенным спектром для обработки радиолокационных и гидролокационных сигналов, модулирования антенн, а также для анализа различных вибрационных процессов и распознавания звуковых сигналов. Исследования по использованию полупроводниковых ОКГ как быстродействующих переключающих элементов и источников очень коротких импульсов света с частотой до Гц дают возможность создать оптические вычислительные машины с числом операций до в секунду.

В схемах переключения, подобных применяемым в вычислительных машинах, оптические сигналы обладают теми преимуществами, что они позволяют получать более высокое быстродействие, осуществлять параллельную передачу и обеспечивать высокую степень развязки. Последнее исключает помехи между отдельными каналами. В настоящее время с помощью полупроводниковых ОКГ могут быть созданы элементы сверхбыстродействующих вычислительных машин (переключения, памяти, элементы световых импульсов тактовой частоты и др.).

ОКГ имеют наибольшую спектральную плотность излучения по сравнению с другими существующими источниками света. Эффективная температура излучения ОКГ равна , что в раз выше температуры излучения Солнца. Высокая спектральная плотность и направленность излучения позволяют использовать ОКГ для воздействия на вещество на расстоянии, а также для получения весьма высоких температур. Это свойство ОКГ нашло применение для сварки и резки тугоплавких материалов, для сверления отверстий (микроэлектроника, текстильная промышленность и др.). Использование возникающихлод действием излучения ОКГ многофотонных процессов открывает новые области применения ОКГ.

ЛИТЕРАТУРА

(см. скан)