طراحی و ساخت دنبال کننده پرتو لیزری بر مبنای آشکارساز چهارربعی برای مخابرات نوری فضای آزاد

ردیاب ها سامانه هایی هستند که عمل سمت گیری پیوسته به سمت هدف را توسط پاسخ دادن به پالس های نوری بازتاب شده از آن بر عهده دارند. به منظور تشخیص موقعیت دوبعدی هدف از یک ردیاب غیر تصویری در کاربردهای نظامی و فضایی استفاده می شود که شامل گیرنده چهارربعی برای فراهم نمودن سیگنال خطا، فرستنده-گیرنده نوری،جیمبال که امکان دنبال کردن هدف متحرک را به ردیاب می دهد و یک سامانه سرو برای کنترل حرکت های فرستنده-گیرنده است. جابه جایی هدف از محور نوری گیرنده به وسیله روشن کردن بازتاب گر که روی هدف نصب شده و آشکارسازی پرتو بازتاب شده با استفاده از آشکارساز حسگر موقعیت محاسبه می شود. نتایج حاصل از این آشکارسازی برای حرکت دادن سرو موتورها در دو بعد مورد استفاده قرار می گیرد تا از این طریق همواره پرتو در مرکز آشکارساز قرار داشته باشد. به طور کلی دو حالت عملکردی برای این ردیاب وجود دارد که یکی پیدا کردن هدف در محدوده دید گیرنده (حالت فراگیری یا جستجو) و دیگری دنبال کردن هدف در میدان دید ردیاب (حالت ردگیری) است. ردیاب در حالت فراگیری بخش معینی از فضا را پویش کرده و با یافتن هدف به حالت ردگیری تغییر وضعیت می دهد. برای ایجاد هم راستایی لازم برای یک سامانه مخابراتی نوری در فضای آزاد می توان از دنبال کننده معرفی شده در این پروژه به خوبی استفاده کرد تا با توجه به حلقه کنترلی ایجاد شده، گیرنده بتواند به صورت پیوسته خود را در بهینه ترین زاویه نسبت به چشمه لیزری مقابل قرار داده و بیشترین شدت پرتو را دریافت کند. هم چنین این طرح در سلول های خورشیدی برای دنبال کردن موقعیت خورشید در آسمان، قابل اجراست. در این پروژه هدف طراحی و ساخت بخش های مکانیکی، نوری، الکترونیک و کنترل یک سامانه ردگیری پرتو نوری بر مبنای آشکارساز چهارربعی است. مشاهده ها و اندازه گیری های انجام گرفته روی طرح نهایی این پروژه نشان داده است که در بخش جیمبال دستگاه، بیشینه زاویه دوران در هر درجه آزادی آن در حدود 100 درجه است. در بخش نوری دستگاه و در قسمت فرستنده مقدار زاویه واگرایی برابر 5/4 درجه است و در قسمت گیرنده نیز با توجه به آشکارساز چهارربعی استفاده شده و همچنین عدسی گیرنده، میدان دید فراگیری و میدان دید ردیابی به ترتیب برابر 9/3 و 2 درجه است. در بخش الکترونیکِ ردیاب و با توجه به میزان تقویت انجام شده برای سیگنال های آشکارساز، بیشینه فاصله ای که در آن هدف مربوطه قابل شناسایی است برابر با 2 متر اندازه گیری شده است. کمینه این فاصله نیز با توجه به فاصله کانونی عدسیِ گیرنده و همچنین ساختار فرستنده نوری به کار رفته، محدود می شود که در حدود یک متر است. جابه جایی جانبی قابل تشخیص برای بخش گیرنده نیز در حدود 30 میلی متر در هر دو راستای عمود برهم است؛ البته این اندازه گیری در فاصله عملکرد مناسب ردیاب که بین 1 تا 5/1 متر است قابل تعریف است.