Министерство цифрового развития, связи и массовых коммуникаций Российской Федерации

Ордена Трудового Красного Знамени федеральное государственное

бюджетное образовательное учреждение высшего образования

Московский технический университет связи и информатики

Кафедра

Направляющих телекоммуникационных сред (НТС)

Лабораторная работа № 14-А

«ИЗУЧЕНИЕ ВЛИЯНИЕ АТМОСФЕРЫ НА ПРОХОЖДЕНИЕ ЛАЗЕРНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ»

по дисциплине

«Проводные среды электросвязи»

Выполнил студент группы БОС2002

Ядринцев С.М.

Москва 2022

Содержание

Цель работы, краткое теоретическое введение 3

Описание установки и методика проведения эксперимента. 4

Цель работы, краткое теоретическое введение

ЦЕЛЬ РАБОТЫ

Исследовать особенности прохождения лазерного излучения через

неоднородную нестационарную среду, именно такой средой во многих

практических применениях лазеров является атмосфера Земли.

Краткая теория

Распространение лазерного излучения в атмосфере сопровождается целым рядом явлений линейного и нелинейного взаимодействия света со средой. К ним относятся: ослабление интенсивности излучения, вызванного поглощением и рассеянием на трассе; образование фоновых засветок, обусловленных наличием в атмосфере рассеивающих компонент; изменение когерентности излучения и пространственно-временных параметров пучка, которые вызываются турбулентностью атмосферы (хаотическим движением воздуха), сюда же следует отнести и изменение фазы волны, и связанные с ней флуктуации интенсивности; изменение направления распространения и угла прихода излучения вследствие неоднородности атмосферы. Все эти явления наблюдаются при сравнительно небольшой плотности энергии лазерного излучения. Особую группу образуют эффекты, возникающие под действием мощного излучения, когда среда распространения становится нелинейной, т.е. ее свойства изменяются под действием самого распространяющегося излучения. Здесь различают, эффект насыщения поглощения, эффект самоканализации и самофокусировки. Эти явления в той или иной мере проявляются при использовании достаточно мощных лазеров в системах, работающих через атмосферу.

Описание установки и методика проведения эксперимента.

Рисунок 1 - Экспериментальная установка

Расстояние от лазерного блока до экрана должно быть не менее 6 м, на расстоянии 4 м от экрана создается тепловая зона. Лазерный блок питается от сети переменного тока 220В, потребляя общую мощность не более 5Вт. Блок имеет три выходных канала лазерного излучения. Выходная длина волны лазерного излучения: 1 канал – 660 нм (красный), 2 канал – 532 нм (зеленый), 3 канал – 405 нм (фиолетовый). Выходная максимальная мощность излучения 200 мВт по каналам 2 и 3,1 мВт по каналу 1. Реальные значения выходной мощности по фиолетовому каналу полностью соответствуют описанию, по зеленому каналу значение завышено практически в два раза (при 200 мВт реальное значение мощности составляет 114 мВт). Диапазон регулировки выходной частоты следования лазерных импульсов 1-150 кГц с точностью до 1 Гц по всем каналам не зависимо друг от друга.

Проведение эксперимента:

1. Включить лазерный блок. Рабочая длина лазерного блока выдается преподавателем, далее осуществляется настройка выходного лазерного канала. Замерить температуру воздуха Т1.

2. Отметить положение лазерного пятна на экране (его контур или центр).

3. Создать тепловую зону и наблюдать перемещение пятна на экране по мере нагрева воздуха и формирования слоя с резким градиентом показателя преломления.

4. Когда процесс станет стационарным и перемещение пятна прекратится (около 15 минут), отметить положение пятна на экране и измерить величину его смещения l. Замерить температуру воздуха тепловой зоны Т2.

5. Создавая принудительное движение воздуха около тепловой зоны, наблюдать быстрые и медленные изменения положения пятна, обусловленные турбулентностью.

Экспериментальные и расчетные данные:

Р = 760 мм рт.ст., Т = 20°С

n1 = 1.000293

L=3.02 м, l=0.02 м, T1=293,45 K, T2=294,95

a1=P/(R*T1)=0.312

a2=P/(R*T2)=0.31

Расчет:

n2=n1*sin(arctg(2L/l)=1.000288

n2= 1+288*10^-6*(a₂/a₁)=1.000287

Вывод:

Нашли показатель преломления двумя способами. Они оказались максимально близки. Изменение среды влияет на прохождение излучения.