Брошюра посвящена вопросам использования оптического диапазона электромагнитных в-олн для систем передачи информации и, в первую очередь, для систем связи и радиолокации. Кратко излагаются некоторые разделы оптики, теории излучения, закономерности распространения оптических волн в атмосфере и по световодам, специфические искажения-и помехи в линиях оптической связи и др. Описываются источники когерентного излучения и методы модуляции и приема оптического сигнала. Сообщаются краткие сведения о достигнутых практических результатах.
Брошюра рассчитана на широкий круг радиоинженеров, а также студентов старших курсов радиофакультетов вузов.
Табл. 10, рис. 76, назв. библ. 77.
Освоение новых диапазонов более высоких частот электромагнитного спектра является постоянно действующим, закономерным процессом в развитии информационных радиоэлектронных систем, таких как системы связи, локации, навигации и др. Уже около десяти лет ведутся активные научные и опытно-конструкторские работы в области создания новых систем в оптическом диапазоне. Имеются уже немалые достижения в этой области, однако значительно больших результатов предстоит достичь в ближайшем будущем. Нет сомнений, что оптический диапазон уже в ближайшее десятилетие начнет широко использоваться на практике для такого рода систем. Отсюда следует, что современный радиоинженер должен знать основы радиоэлектроники оптического диапазона. Цель данной книги-изложить эти основы. Естественно, что малый объем книги не позволяет изложить их достаточно широко и глубоко, вследствие чего брошюра может служить лишь введением в оптическую радиоэлектронику.
В настоящем выпуске «Библиотеки радиоинженера» даются также очень краткие сведения о различных оптических информационных радиосистемах с той целью, чтобы показать некоторые основные их особенности и те трудности, с которыми приходится встречаться при их создании. Подробно эти системы будут рассмотрены в специальном выпуске «Библиотеки радиоинженера».
Предисловие...... . . .,
введение .............. .
Глава 1. Элементы волновой оптики . ..... 9
1.1. Уравнения электромагнитного поля......Ю
1.2. Основные свойства электромагнитных волн. Поляризация. Энергия...........12
1.3. Спектр электромагнитных волн. Фазовая и групповая скорости .............
1.4. Отражение и преломление волн......
1.5. Поглощение, рассеяние и дисперсия излучения
1.6. Интерференция и дифракция волн .
1.7. Когерентность оптических лучей......25
'лава 2. Введение в квантовую электронику.....29
2.1. Некоторые сведения из классической статистической физики.............30
2.2. Некоторые сведения из квантовой статистической физики ..............34
2.3. Строение материи и происхождение спектров . . 40
2.4. Основные сведения из квантовой механики. Уравнения Шредингера..........46
^лава 3. Теория излучения и взаимодействия излучения с веществом..............50
3.1. Полуклассическая теория излучения..... 50
3.2. Законы излучения и поглощения электромагнитных волн макросистемами .... . . . 54
3.3. Соотношения Эйнштейна . ...... 58
3.4. Ширина спектральных линий....... 61
3.5. Зависимость вероятности индуцированного перехода
от формы спектральной линии.......64
'лава 4. Распространение оптических волн в атмосфере . . 65
4.1. Основное уравнение линии связи...... 66
4.2. Затухание из-за поглощения в атмосфере . . . 67
4.3. Затухание из-за рассеяния........ 77
4.4. Расчетные и экспериментальные данные . . . . 84
4.5. Турбулентность атмосферы и ее влияние на распространение оптических сигналов....... 92
'лава 5. Распространение оптических волн в волноводах . . 97
5.1. Классификация волноводов.......97
5.2. Отражающие оптические волноводы.....98
205
5.3. Волновод поверхностной волны
5.4. Неотражающие лучевые волноводы
111
Глава 6. Оптические усилители и генераторы .
6.1. Принцип действия и классификация квантовых генераторов и усилителей .........
6.2. Твердотельные и жидкостные лазеры..... И 6
6.3. Газовые лазеры..........„122
6.4. Полупроводниковые лазеры.......
6.5. Параметрические генераторы....... 130
Глава 7. Элементы теории и расчета ОКУ и ОКТ . . . . 133
7.1. Оптические открытые резонаторы.....
7.2. Многомодовость........... 138
7.3. Схемы энергетических уровней и условия генерации 141
7.4. Электрические эквивалентные схемы ОКУ и ОКТ и
их параметры.......... . 144
Глава 8. Модуляция оптического излучения..... 148
8.1. Внутренние способы амплитудной модуляции ... 149
8.2. Способы внешней амплитудной модуляции . . . 153
8.3. Модуляция на длинных инфракрасных волнах . . 159
8.4. Частотная модуляция......... 159
8.5. Другие способы модуляции........ 160
Глава 9. Прием оптических сигналов....... 160
9.1. Детекторы оптического излучения .... . . 161
9.2. Шум и чувствительность приемников . . , . . 164
9.3. Фактор B = wPcIPm и требуемая мощность излучения РО при детектировании с помощью ФЭД и фотосопротивлений ......... . . 169
9.4. Супергетеродинный прием........ 171
9.5. Сравнение систем приема........ 174
9.6. Особенности приемника с квантовым усилителем . . 176
9.7. Предельная чувствительность приемников . . . 177
9.8. Пропускная способность оптического канала . . . 180
Глава 10. Основные оптические радиосистемы..... 182
10.1. Системы связи........... 183
10.2. Системы оптической локации....... 188
10.3. Высотомеры............ 196
10.4. Антенны оптических систем........ 197
Заключение.............. 201
Литература.............. 202
