В настоящее время на рынке полупроводниковых элементов появились импульсные лазерные излучатели мощностью (100 - 350) Вт, способные формировать в инфракрасном диапазоне световые импульсы длительностью (1-10) нс при зондировании малых по размерам оптических неоднородностей атмосферы. Для накачки таких электронных приборов требуется обеспечить значительный импульсный ток на нелинейной нагрузке, в качестве которой выступает лазерный диод. С целью решения возникших задач по реализации импульсного режима работы радара и были проведены исследования, ориентированные на применение перспективной современной элементной базы. В основу генератора накачки лазерных излучателей были положены схемные и конструкторские решения на базе модифицированных отечественных S-диодов, которые дорабатывались производителем по предложению авторов.
В состав аппаратной реализации генератора мощных наносекундных импульсов накачки вошли следующие функциональные узлы:
- генератор последовательности импульсов ( вырабатывает импульсы с регулируемой частотой 500...10000 Гц и при работе может синхронизироваться внешним устройством с ТТЛ уровнем при частоте синхроимпульсов выше внутренней частоты генератора);
- формирователь синхроимпульса (вырабатывает импульс отрицательной полярности ТТЛ уровня для синхронизации внешних устройств);
- электронная линия задержки 1 (предназначена для задержки выходного импульса относительно синхроимпульса для компенсации «мертвого» времени осциллографа);
- формирователь длительности высоковольтного импульса (предназначен для управления мощным ключевым каскадом);
- ключевой каскад (вырабатывает импульсы тока для высоковольтного трансформатора-преобразователя);
- формирователь выходного импульса (содержит емкостной накопитель и высоковольтный коммутатор и вырабатывает мощный наносекундный импульс тока);
- преобразователь напряжения (вырабатывает напряжение для создания необходимой величины импульса смещения);
- электронная линия задержки 2 (предназначена для задержки импульса смещения относительно синхроимпульса);
- формирователь длительности импульса смещения (предназначен для управления длительностью импульса смещения);
- импульсный ключ вырабатывает импульс смещения заданной амплитуды и длительности.
Для обеспечения приема оптических импульсов наносекундной длительности были проведены поиски схемных решений с использованием быстродействующих арсенид-галиевых фотодиодов отечественного и зарубежного производства.
Разработанный авторами макет оптического радара показал следующие характеристики:
1.электрический сигнал на выводах лазера - длительность импульса смещения 100 нс, амплитуда импульса смещения 25В, длительность выходного электрического импульса на уровне 0,5 от максимума амплитуды 4 нс, амплитуда импульса управления на выводах лазера 102 В.
2.оптический сигнал на выходе фотоприёмного устройства - длительность импульса 7 нс, длительность переднего фронта при измерении фотоприемником с полосой пропускания 200 МГц не более 2 нс.
Полоса пропускания фотоприёмника по уровню -3дБ при изменении глубины обратной связи составила от 150 до 270 МГц, при этом, коэффициент усиления приёмника характеризовался значениями в интервале от 50 до 58 дБ. При отношении сигнал/шум 10 дБ динамический диапазон входного сигнала приёмника составил 40 дБ.
Измерение шумовых характеристик фотоприёмного устройства проводилось с помощью цифрового осциллографа GDS840C c полосой пропускания 250 МГц. Ширина шумовой дорожки на выходе фотоприемника при изменении глубины отрицательной обратной связи характеризовалась значениями в интервале от 1,3 до 2,5 мВ.
Проведенные исследования показали возможность создания наносекундного оптического радара, пригодного для измерений с высоком разрешением неоднородностей воздушной среды и высокоточного измерения дальности. При этом, реализация схемы накачки полупроводникового лазерного излучателя на базе S-диода позволяет сформировать импульсный ток со значением ~ 40 А на нагрузке 1,5-2 Ом.