شرح مفصل لمصدر الضوء لجهاز تحديد المدى الكهروضوئي
تشمل مصادر الضوء لجهاز تحديد مدى الطور بشكل أساسي ثنائيات زرنيخيد الغاليوم (GaAs) وليزر غاز الهليوم نيون (He-Ne). يستخدم الأول بشكل عام في مكتشفات المدى القصير ، ويستخدم الأخير في مكتشفات المدى المتوسط والطويل. فيما يلي مقدمة لهذين المصدرين للضوء.
(1) ثنائي زرنيخيد الغاليوم (GaAs)
ثنائي زرنيخيد الغاليوم (GaAs) هو صمام ثنائي بلوري. مثل الصمام الثنائي المشترك ، فإنه يحتوي أيضًا على تقاطع داخلي ، كما هو موضح في الشكل {{0}}. مقاومته الأمامية صغيرة ومقاومته العكسية كبيرة. عندما يتم حقن تيار قوي في الاتجاه الأمامي ، فإن ضوء الأشعة تحت الحمراء بطول موجة يتراوح بين 0. سوف يخرج 72 و 0.94 مترًا من التقاطع ، وستختلف شدة الضوء المنبعث باختلاف حجم التيار المحقون ، لذلك يمكن تغييره ببساطة عن طريق تغيير تيار التغذية. تعديل ناتج شدة الضوء هو ما يسمى "تعديل التيار المباشر". يعد هذا مفيدًا جدًا لاستخدام أداة تحديد المدى كمصدر للضوء ، لأنها يمكن أن تعدل شدة الضوء مباشرةً ، ولا توجد حاجة لتجهيز مُعدِّل بهيكل معقد واستهلاك مرتفع للطاقة. بالإضافة إلى ذلك ، بالمقارنة مع مصادر الضوء الأخرى ، يتميز مصدر ضوء الصمام الثنائي لزرنيخيد الغاليوم بمزايا الحجم الصغير والوزن الخفيف والهيكل القوي وعدم الخوف من الاهتزاز ، مما يؤدي إلى تصغير وإمكانية نقل جهاز تحديد النطاق.
(2) ليزر غاز هيليوم ني (He-Ne)
يتكون ليزر غاز الهيليوم-نيون من أنبوب تفريغ ، ومصدر طاقة مثير ، وتجويف رنيني. أنبوب التفريغ عبارة عن أنبوب بلوري بقطر داخلي يبلغ عدة مليمترات. الأنبوب مليء بغاز مختلط من الهيليوم والنيون. يتراوح طول الأنبوب من بضعة سنتيمترات إلى عشرات السنتيمترات. كلما زاد طول الأنبوب ، زادت طاقة الخرج. يتم تثبيت نوافذ Brewster المصنعة بدقة بصرية على طرفي الأنبوب. يمكن أن تستخدم طاقة الإثارة عمومًا طرق تفريغ طاقة التيار المستمر أو التيار المتردد أو عالية التردد. حاليًا ، يتم استخدام طريقة تفريغ طاقة التيار المستمر بشكل كبير ، وتتمثل ميزتها في استقرار إخراج الليزر. يتكون التجويف الرنان من مرآتين كرويتين ، إحداهما عاكسة تمامًا والأخرى شفافة جزئيًا. نفاذية 2 في المائة ، أي أن الانعكاس لا يزال 98 في المائة.
ذرة الهليوم في أنبوب التفريغ ، تحت إثارة مصدر طاقة الإثارة ، تقفز باستمرار إلى مستوى طاقة مرتفع. عندما تتصادم مع ذرة النيون ، يتم نقل الطاقة باستمرار إلى ذرة النيون ، بحيث تقفز ذرة النيون باستمرار إلى مستوى طاقة مرتفع ، وتعود إلى مستوى الطاقة العالي. إلى المستوى الأساسي. في الوقت نفسه ، تحت إثارة الفوتونات ، يتم تحفيز ذرات النيون عند مستوى الطاقة العالي للإشعاع مرة أخرى إلى مستوى الطاقة الأساسي ، ويتم إنتاج فوتونات جديدة في هذا الوقت. بشكل عام ، ستقفز معظم الفوتونات عبر جدار الأنبوب أو يمتصها جدار الأنبوب ، وستنعكس الفوتونات فقط على طول محور جدار الأنبوب ذهابًا وإيابًا بين المرآتين ، مما ينتج عنه إشعاع مستمر وتضخيم للضوء .
نافذة Brewster عبارة عن لوحة بلورية مصقولة للغاية ، وتسمى الزاوية بين سطح النافذة الطبيعي ومحور الأنبوب بزاوية Brewster. تختلف هذه الزاوية باختلاف مادة النافذة ، ففي حالة النوافذ الكريستالية ، تساوي تقريبًا 56 درجة. عندما تسقط موجة الضوء على النافذة على طول محور الأنبوب ، فإن مكون الاهتزاز الكهربائي لموجة الضوء على طول سطح الورق (المشار إليه بالسهم في الشكل) سينتقل بالكامل دون أن ينعكس ؛ بينما ينعكس المكون على طول الاتجاه العمودي على سطح الورق (المشار إليه بالسهم في الشكل) النقاط السوداء) ، بحيث يكون الضوء المتبقي مستقطبًا خطيًا يهتز على طول الورقة. بعد ذلك ، يتدفق هذا النوع من الضوء ذهابًا وإيابًا في تجويف الرنين ، لأن الفوتونات المولودة حديثًا للإشعاع المحفز لها نفس اتجاه الاهتزاز مثل الفوتونات الأصلية ، أي أن الضوء المتراكم يكون دائمًا ضوءًا مستقطبًا خطيًا يهتز على طول الاتجاه من الورق ، لذلك ، كلما مروا ذهابًا وإيابًا عبر نافذة Brewster ، يمر معظمهم تقريبًا مع فقدان القليل من الضوء.
يعمل الليزر المجهز بنافذة Brewster على إخراج ضوء مستقطب خطيًا بشكل مباشر ، بحيث لا تحتاج مجموعة المغير الكهروضوئي إلى مستقطب ، وبالتالي تجنب الضوء الساقط للمعدِّل العام ، والذي يتسبب في فقد حوالي 50 بالمائة من شدة الضوء بسبب المرور عبر المستقطب عيوب. لذلك ، يمكن أن يصل الحد الأقصى لمدى مكتشف النطاق المجهز بالليزر أعلاه إلى 40-50 كم.
الليزر المنبعث من ليزر غاز الهيليوم النيون له تردد وطور مستقران للغاية ، اتجاهية عالية ، وانبعاث مستمر ، لذلك يستخدم على نطاق واسع في تحديد المدى بالليزر ، الموازاة ، الاتصال ، التصوير المجسم. ومع ذلك ، فإن ليزر غاز الهليوم-نيون له أيضًا عيوبه ، أي أن الكفاءة منخفضة جدًا ، ونسبة الطاقة الناتجة إلى طاقة الإدخال هي واحد بالألف فقط. لذلك ، تبلغ طاقة إخراج الليزر على جهاز تحديد المدى بالليزر حوالي 2-5 ميغاواط فقط.
