Эксперимент №1: «Открытый лазер»

В рамках первого эксперимента будет изучена возможность модуляции открытого лазера акустическим давлением тонального сигнала на частоте 2 кГц.

Конфигурация узлов для первого эксперимента представляет собой два взаимонесвязанных стола, на первом из которых расположен акустический излучатель тонального сигнала, второй стол расположен таким образом, что линия лазера расположена по нормали к направлению излучателя. Таким образом, все лазерное оборудование расположено на втором столе.

Оно включает в себя:

источник лазерного излучения (в дальнейшем для ряда экспериментов будет использоваться два лазера: зеленый с длиной волны ~530 нано метров и красный с длиной волны ~650нм);

фотоприемное устройство на основе фотодиода ФД-10К.

Конфигурация с двумя типами лазеров должна помочь выявить зависимость длины волны лазера на чувствительность к внешнему акустическому воздействию. Таким образом, лазер прицеливается и фокусируется в точке приема фоточувствительного устройства, выход которого подключается к мультиметру (для простого измерения уровня сигнала) или к связке «нановольтметр-осциллограф» (для детального анализа сигнала). Описанная схема приведена на рисунке 4.9.

Здесь и далее под фотоприемным устройством понимается набор приборов, состоящий из фотодиода, подключенного к селективному нановольтметру, к выходу которого, в свою очередь, подключен вход цифрового осциллографа.

Для текущего и последующих экспериментов составлены сводные таблицы результатов измерений, которые в полном объеме представлены в приложении. Кратко их можно охарактеризовать следующим образом: учитывается расстояние от источника излучения до фотоприемника, максимальное напряжение, которое удалось получить в результате фокусировки на выходе фотоприемника, и, соответственно два ряда чисел (без звукового воздействия и при воздействии тональным сигналом), описывающих десять измерений уровня дБм, снятых с цифрового осциллографа. Следующей строкой идет среднее арифметическое значение этих десяти измерений для каждого случая. Последняя строка содержит название файла с изображением, полученным с цифрового осциллографа.

Рис. 4.9 - Конфигурация эксперимента

В ходе данного эксперимента изменяемой величиной было выбрано расстояние от источника до фотоприемника, т.к. в дальнейшем выяснилось, что расстояние акустического излучателя до лазерных устройств особого значения, при качественной фокусировке, в пределах помещения средних размеров, не имеет.

Таким образом, можно выявить следующую закономерность: расстояние от источника лазерного излучения до приемника имеет гораздо меньшее значение, нежели качество фокусировки. Именно качественная фокусировка позволяет передать максимальное количество световой энергии на фотоприемник, в свою очередь именно это позволяет донести до фотоприемника промодулированный световой сигнал.

Так как заданная частота тонального сигнала после всех преобразований регистрируется на связке «нановольтметр-осциллограф» на той же самой частоте, это свидетельствует о том, что в данном случае вибрационная составляющая воздействия ничтожно мала. Иначе бы приборы регистрировали усиление сигнала не только на этой частоте, но и на близких резонансных частотах.

Выявленная закономерность свидетельствует о том, что вероятнее всего модулировалась воздушная среда в промежутке между источником лазерного излучения и фотоприемником. Полученные результаты позволяют провести аналогию с принципом работы лазерного микрофона.

Фрагмент полученных данных с осциллографа представлен ниже, а в полном объеме графические результаты представлены в Приложении 1.

Рис. 4.10 - Показания осциллографа без звукового воздействия

Рис. 4.11 - Показания осциллографа при звуковом воздействии

Результаты серии измерений для обоих лазеров приведены в сводной диаграмме, представленной ниже:

Рис. 4.12 - Диаграмма сравнения средних уровней сигналов

Принцип работы лазерного микрофона

Рассмотрим более подробно физические процессы, происходящие при перехвате речи с помощью лазерные системы акустической разведки (ЛСАР). Зондируемый объект - обычно оконное стекло - представляет собой своеобразную мембрану, которая колеблется со звуковой частотой, создавая фонограмму разговора. Генерируемое лазерным передатчиком излучение, распространяясь в атмосфере, отражается от поверхности оконного стекла и модулируется акустическим сигналом, а затем воспринимается фотоприёмником, который и восстанавливает разведываемый сигнал.

Другие стьтьи в тему

Разработка приемника системы персонального радиовызова
Радиоприемным устройством называют систему узлов и блоков, с помощью которых производятся такие операции, как преобразование электромагнитного поля сигнала в электрический сигнал; выделение полезных радиосигналов из совокупности других (мешающих) сигналов и помех, действующих на выхо ...

Расчет настроек типовых регуляторов в одноконтурной автоматической системе реагирования
автоматический Цель работы: Определить настроечные параметры (настройки) типового (ПИ, ПИД, ПД) регулятора в одноконтурной АСР, обеспечивающие минимум интегрального квадратичного критерия I0 при заданном ограничении запаса устойчивости m≥mзад. Выбрать промышленный регулят ...