DE2829277B2

DE2829277B2 - Einen optischen Strahlerzeugende Sendeanlage mit einem Phasenschieber-System zur Kompensation räumlicher Phasenverzerrungen

Info

Publication number: DE2829277B2
Application number: DE2829277A
Authority: DE
Inventors: Thomas R. Malibu Calif. O'meara (V.St.A.)
Original assignee: Hughes Aircraft Co
Current assignee: Raytheon Co
Priority date: 1977-08-11
Filing date: 1978-07-04
Publication date: 1979-11-15
Also published as: US4102572A; IL54951A; GB2002615A; JPS5430857A; FR2400218A1; DE2829277A1; GB2002615B; DE2829277C3

Description

Die Erfindung betrifft eine Sendeanlage mit einer Einrichtung zum Erzeugen eines optischen Strahles hochfrequenter Energie und i..ii" Ausrichten dieses Strahles auf ein Ziel und mit einem System zur Kompensation von räumlichen Phasenverzerrungen, welche die ausgesandte Energie auf dem Weg zum Ziel erleidet, welches Kompensationssystem auf hochfrequente Energie, die es im wesentlichen auf dem gleichen Weg, den die ausgesandte Energie durchläuft, vom Ziel empfängt, anspricht und kontinuierlich die Phasenverzerrungen, die auf diesem Weg auftreten, feststellt und davon Steuersignale für eine Phasenschiebermatrix ableitet, die im Weg des auf das Ziel gerichteten optischen Strahles angeordnet ist und in Abhängigkeit von den Steuersignalen die Phasenverteilung über dem ausgesandten optischen Strahl derart einstellt, daß die festgestellten Phasenverzerrungen kompensiert werden und die ausgesandte Energie das Ziel mit im wesentlichen phasengleichen Anteilen erreicht.

Aus der DE-PS 21 57 485 ist eine Sende-Empfangs-Anlage für kohärentes Licht bekannt, bei der eine adaptive Phasensteuerung dazu benutzt wird, eine Phasengleichheit aller Anteile der ausgesandten Energie am Ziel zu gewährleisten. Bei einer der in der DE-PS 57 485 beschriebenen Anlagen wird eine Vielzahl von Teilquerschnitten des ausgesandten Strahles mit verschiedenen, der Kennzeichnung dienenden Frequenzen phasenmoduliert. Infolge von Wechselwirkungen zwischen den Energieanteilen, die den verschiedenen Teilquerschnitten zugeordnet sind, weist die am Ziel reflektierte und wieder empfangene Energie eine

Amplitudenmodulation mit Komponenten der zur Kennzeichnung benutzten Modulationsfrequenzen auf, die für Phasenverzerrungen über dem Querschnitt des Strahles charakteristisch sind. Die bekannte Anlage stellt die relative Phasenlage der den einzelnen Teilquerschnitten zugeordneten Kanäle so ein, daß die Komponenten der Amplitudenmodulation in der empfangenen Energie reduziert wird. Auf diese Weise wird erreicht, daß am Ziel alle Anteile des abgestrahlten Lichtes phusengleich sind, also Phasengleichheit über dem ganzen Querschnitt des Strahles besteht.

Aus der DE-PS 23 21 118 ist eine weitere Sende-Empfangs-Anlage für kohärentes Licht bekannt, bei der Teilquerschnitte eines empfangenen Strahles eine räumliche Phasenmodulation mit verschiedenen Modulationsfrequenzen erhalten. Das resultiertende Signal wird durch die öffnung einer Blende einem Detektor zugeführt. Das Ausgangssignal des Detektors enthält Modulationskomponenten mit den zur Kennzeichnung der verschiedenen, den Teilquerschnitten zugeordneten >o Teilstrahlen benutzten Frequenzen. Der Modulationsgrad mit einer bestimmten Kennzeichnungsfrequenz ist für die Phasenverschiebung charakteristisch, die der zugeordnete Teilstrahl erlitten hat. Durch Einstellen von Phasenverschiebungen in den verschiedenen Empfangskanälen, welche den Teilstrahlen zugeordnet sind, wird die Amplitudenmodulation im Ausgangssignal des Detektors auf ein Minimum reduziert. Auf diese Weise wird eine Phasengleichheit über den Querschnitt des empfangenen Strahles hergestellt. Die Phaaenverschiebungen, die in den den Teilstrahlen zugeordneten Kanälen während der Empfangsphase des Systems eingestellt worden sind, werden während der folgenden Sendeperiode beibehalten. Auf diese Weise erhalten die Teilstrahlen des Sendestrahles, welche wahrend der Sendepriode durch die gleichen Kanäle geleitet werden wie der empfangene Strahl während der Empfangsperiode, Phasenverschiebungen, welche die auf dem Weg zum Ziel auftretenden Phasenverschiebungen kompensieren, so daß die ausgesandte Energie das Ziel in einem w Zustand der Phasengleichheit über dem gesamten Querschnitt erreicht.

Beiden Systemen ist gemeinsam, daß sie eine Kompensation von Phasenverzerrungen nur in Intervallen zwischen Sendeperioden gestatten. Daher ist eine kontinuierliche Überwachung des Wbertragungsweges nicht möglich. Der Erfindung liege daher die Aufgabe zugrunde, die bekannten Anlagen derart weiterzubilden. daß sie eine kontinuierliche Überwachung des Signalsweges ermöglichen. Diese Aufgabe wird nach der Erfindung dadurch gelöst, daß das Kompensationssystem auf hochfrequente Energie anspricht, die eine andere Wellenlänge aufweist als die ausgesandte Energie, deren Wellenlänge jedoch der Wellenlänge der ausgesandten Energie so nahe ist, daß die Dispersion bezüglich dieser beiden Wellenlängen vernachläsi igbar klein ist.

Durch die Verwendung von Energie anderer Wellenlänge für das Kompensationssystem kann die Phasenkompensation unabhängig von der übertragenen Energie mit der ersten Wellenlänge und daher auch kontinuierlich erfolgen. Dabei ist das System auch unabhängig von der Form, in welcher die Energie zum Ziel übertragen wird, bei impulsweiser Energieübertragung insbesondere unabhängig von Impulsbreite und Folgefrequen;:. Dnbei kann auch mit einer »Geistcr- ?trahl«-Tcchnik »Geisterstrahlw-Technik gearbeitet werden, bei der ein jtrahl hoher Leistung gegenüber einem Bezugsstrahl geringer Leistung versetzt ist. mit dessen Hilfe die für den Hauptstrahl erforderliche Phaserkompensation festgestellt wird. Endlich worden durch die Erfindung die Probleme vermieden, die bei den bekannten Systemen durch eine parasitäre Amplitudenmodulation auftreten, die auf eine zufällige Rauschmodulation zurückzuführen ist.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird die Energie eines Hochleistungs-Lasers mit einer ersten Wellenlänge λι mit Hilfe eines nachgeführten Hochleistungs-Phasenschieberspiegels, eines gekühlten Beugegitters zur Strahltrennung und eines gekühlten Richtspiegels übertragen. Der Strahl eines Lasers niedriger Leistung mit der Wellenlänge A2 wird von einem kohärenten optischen adaptiven System ausgesandt, das dem in der DE-PS 21 57 485 offenbarten System entspricht, und dann von dem Beugungsgitter auf einen Weg gelenkt, der im wesentlichen mit dem Weg des Hochlcistungs-Laserstrahles übereinstimmt. Das kchärente optische adaptive System enthält einen für geringe Leistung ausgelegt'·; Phasenschieberspiegei, der gemäß der in der genarnten Patentschrift beschriebenen Art Teil einer geschlossenen Regelschleife ist. Dadurch wird empfangene Energie mit der Wellenlänge A2 so verarbeitet, daß der Phasenschieberspigel über dem Querschnitt des Strahles mit der Wellenlänge A 2 eine Phasenverteilung erzeugt, die eine Gleichphasigkeit über dem Strahl am Ziel gewährleistet. Die Phasenschieberspiegei für die Strahlen hoher und geringer Leistung bestehen jeweils 3us Abschnitten, deren Stellung in Abhängigkeit von Steuersignalen veränderbar ist. Auf diese Weise ist die relative Phasenlage der verschiedenen Teilstrahlen oder Kanälewählbar. Die Signale, die in geschlossener Regelschleife gebildet werden, um die Phasenstörungen auszugleichen, welche der Sirahl geringer Leistung erleidet, werden in offener Schleife zur Steuerung des Phasenschieberspiegels in dem Hochleistungskanal benutzt.

Es is\ bemerkt, daß die Messung von Ve, ^errungen im Übertragungsweg und deren Korrektur kontinuierlich erfolgt und weder durch die Impulsbreite noch die impulsfolgefrequenz der Energieübertragung im Hochleistungskanal beeinflußt wird. Weiterhin kann bei der erfindungsgemäßen Anlage der Modu'iai'onsindex der Phasenmodulation des adaptiven Systems im Hinblick auf den Meßvorgang optimal gewählt werden, ohne daß auf Probleme Rücksicht genommen werden müßte, die auf eine parasitäre Amplitudenmodulation des phasenmodulierten Strahles zurückzuführen sind, weil eine solche Amplitudenmodulation des Strahles geringer Leistung zugelassen werden kann, während eine Amplitudenmodulation des Strahles hoher Leistung nicht zulässig ist. Andererseits kann der Hochleistungss'-ahl mit der Wellenlänge A, eine beträchtliche Amplitudenmodulation bei Frequenzen aufweisen, die im Bereich der Bandbreite der zur Kennzeichnung der Anteile des Meßstrahles verwendeten Phasenmodulation liegen, ohne daß dadurch im Ausgangssignal des optischen Detektors des ad.aptivcn Systems störende Signale hervorgerufen werden.

Bei einer zweiten Ausführungsform der Erfindung, die besonders dann anwendbar ist, wenn die beiden verwendeten Wellenlängen A_t und A₂ nahe beieinander liegen und/oder die Fehler in der Weglänge keine Dispersion hervorrufen, kann ein einziger Phasenschieberspiegel in dem Weg angeordnet sein, der sowohl von dem Strahl hoher Leistung als auch dem Strahl geringer Leistung durchlaufen wird. In diesem Fall steuert das

adaptive System den einzigen Hochlcisuings-Phasenschieberspiegel in der Weise, daß der Strahl geringer Leistung am Ziel in Phase ist. Diese Steuerung des Phasenschieberspicgels in Abhängigkeit von den empfangenen Signalen mit der Wellenlänge A₂ stellt auch die ('hase des Hochleistungsstrahlcs in solcher Weise ein. daß die Phasenverschiebungen kompensiert werden, die dieser Strahl auf dem Weg zum Ziel erleidet.

Bei einer dritten Ausführungsform der Erfindung wird eine Quelle niedriger Leistung zur Beleuchtung tics Zieles oder auch eine natürlich vorhandene Delcuehtungsquellc ausgenutzt, die ihre Energie dem Ziel auf einem anderen Weg zuführen kann als der Strahl hoher Leistung. In diesem Tall wird die Energie empfangen, die von dem Ziel in Richtung eines Weges ausgeht, der mit dem Weg des Strahles hoher Leistung im wesentlichen zusammenfällt, und dann durch ein

F i g. b und 7 Blockschaltbilder weiterer Ausfühnungsformen der Erfindung.

in der in Fig. i dargesteiiten Sendeaniagc wird ein Energiestrahi hoher Leistung mit der Wellenlänge λ,. der von einem Laser 10 geliefert wird, von einer Phasenschiebermatrix 12, einer verstellbaren Spiegelanordnung 11 und einem Strahltrenner in Form eines Beugungsgitters 14 verarbeitet. Die am Beugungsgitter 14 reflektierte Energie wird als nächstes von einem Spiegel 16 reflektiert und dann durch ein Fernrohr 18 auf ein Ziel 20 gerichtet.

Energie mil einer Wellenlänge λι wird von einem Laser 22 geringer Leistung erzeugt und über eine Phasenschiebermatrix 24. eine Modulationsmatrix 2f> und einen .Strahlteiler 28 dem Beugungsgitter 14 zugeführt. Die Wellenlängen Ai und A> sowie die

senverzerrungen über dem Querschnitt des empfangenen Strahles geringer Leistung auf die Weise korrigiert, v.'ie es in der DE-PS 23 21 118 beschrieben ist. Der Phasenschiebcrspiegel. öer dazu dient. Phasenverzerrungen aus dem Strahl geringer Leistung zu entfernen, befindet sich in einem Weg. den auch der Strahl hoher Leistung durchläuft, so daß auf diese Weise auch der Strahl hoher Leistung bezüglich atmosphärischer Phasenverzerrungen korrigiert wird. Eis sei erwähnt, daß diese Ausführungsform der Erfindung auch dazu geeignet ist. auf Energie anzusprechen, die unmittelbar von einem strahlenden Ziel emittiert wird.

Alle Alisführungsformen der Erfindung bieten sich für einen »Geisterstrahlo-Betrieb an. bei dem ein Strahl geringer Leistung auf einen Bezugspunkt einrastet und diesen verfolgt, wie beispielsweise eine punktförmige Strahlungsquelle, einen hellen Punkt in einer ausgedehnten Strahlungsquelle oder ein Glanzlicht, also eine kleine stark reflektierende Stelle auf einem größeren Ziel. Der Hochleistungsstrahl ist dann gegenüber dem Strahl geringer Leistung um einen geringen Betrag versetzt. Ein Geisterstrahl-Betrieb kann bei jeder Ausführungsform der Erfindung lediglich dadurch erzielt werden, daß zwischen der Hochleistungs-Energiequelle und dem Strahlteiler ein Spiegel angeordnet wird, der eine geringe Strahlverschiebung oder Strahlschwenkung bewirkt. Dieser zusätzliche Spiegel kann so angeordnet sein, daß er den Einfallswinkel des Hochleistungsstrahles auf den Strahlieiler um einen geringen Betrag ändert. Ein Geisterstrahl-Betrieb ist bei dem erfindungsgemäßen System eine ausgezeichnete Möglichkeit zum Versetzen des Zielpunktes, da hierbei fortlaufend Änderungen des Ausbreitungsweges überwacht und korrigiert werden, wenn die Verschiebung klein gehalten wird, und keinerlei Störsignale in das System eingeführt werden.

Die Erfindung wird im folgenden anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele näher beschrieben und erläutert. Es zeigt

F i g. 1 das Blockschaltbild einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung,

Fig. 2 eine schematische Darstellung der Phasenschiebermatrix und der Modulationsmatrix der Anordnung nach F i g. 1.

F i g. 3 die Rückansicht eines Phasenschieberspiegels, der für die Anordnung nach F i g. 1 geeignet ist,

F i g. 4 eine Draufsicht auf die Modulationsmatrix der Anordnung nach F i g. 1,

Fig.5 ein Blockschaltbild, das Einzelheiten der Steuereinheil der Anordnung nach F i g. 1 wiedergibt

beide Strahlen vom Beugungsgitter 14 in Richtung auf den Umlenkspiegel 16 über gleiche oder benachbarte Wege 17 reflektiert werden.

Ein Teil tier vom Ziel 20 reflektierten Energie wird vom Fernrohr 18 empfangen und vom Umlenkspiegel 16 in Richtung auf das Beugungsgitter 14 reflektiert. Das Beugungsgitter 14 reflektiert die Energie mit der Wellenlänge /ι in Richtung des oberen Weges 13. wo sie auf na'i'liche Weise vernichtet wird. Die empfangene Energie mit der Wellenlänge A₂ wird längs des mittleren Weges 15 übertragen und mittels eines ringförmigen Trennspiegels 28 auf eine Linse 30 gerichtet, welche den Strahl fokussiert und auf einen optischen Detektor 32 richtet. Wie im einzelnen in der DE-PS 2157 485 behandelt, steuern die Oszillatoren einer Oszillatorgruppe 34 jeweils einen von vielen elektrisch steuerbaren Phasenschiebern, weiche die Modulationsmatrix 26 bilden. Als Ergebnis der Phasenmodulation, welche der ausgesandten Energie mit der Wellenlänge A₂ vor der Modulationsmatrix 26 erteilt wird, sind die Phasenverzerrungen, die am Ziel 20 existieren, durch die Komponenten einer Amplitudenmodulation gekennzeichnet, welche die Energie mit der Wellenlänge /.2 aufweist, welche dem Detektor 32 zugeführt wird. Die Theorie, weshalb die Amplitudenmodulations-Kornponenten für Phasenverzerrungen über dem ausgesa;idten Strahl mit der Wellenlänge Λ2 am Ziel charakteristisch sind, ist in der soeben genannten deutschen Patentschrift erläutert.

Das Ausgangssignal des optischen Detektors 32 wird einer Steuereinheit 36 zugeführt, welche Steuersignale der Phasenschiebermatrix 24 zuführt. Diese Sttjersignale bewirken eine solche relative Phasenverschiebung über dem Querschnitt des Strahles mit der Wellenlänge A₂, daß am Ziel über dem Strahl im wesentlichen Phasengleichheit besteht, indem die Steuereinheit 36 die relative Phase über dem Querschnitt des Strahles '/.2 so einstellt, daß die von dem Detektor 32 festgestellte Amplitudenmodulation ein Minimum annimmt

Die Ausgangssignale der Steuereinheit 36 werden auch der Phasenschiebermatrix 12 zugeführt, so daß die Phasenlage in den Kanälen, die entsprechenden Teilquerschnitten des Strahles mit der Wellenlänge Ai zugeordnet sind, in entsprechender Weise verändert werden. Die einander entsprechenden Teilkanäle für die Strahlen Äj und A₂ werden durch das gleiche Steuersignal bestimmt, d. h, daß Teilkanäle der beiden Strahlen, die in dem gemeinsamen Wegabschnitt übereinstimmen, durch das gleiche Steuersignal gesteuert werden. Demgemäß bildet das kohärente optische adaptive

System, das die Einheiten 22, 24, 26, 28,30,32,34 und 36 der Ausführungsform nach Fig. I umfaßt, einen Strahl mit der Wellenlänge A₂ auf dem Ziel und stellt adaptiv die relative Phasenlage über dem Strahlquerschnitt derart ein, daß die Energie am Ziel in Phase ist. Diese Einstellung der Phasenlage des Strahles A2 erzeugt Informationen, die für den Übertragungsweg charakteristiscn ist, also darin enthaltene atmosphärische Störungen definiert, die sowohl für das Signal mit der Wellenlänge Ai als auch für den Strahl mit der Wellenlänge A2 existieren. Diese Information erlaubt die Korrektur von Ausbreitungsfehlern im Strahl λι mittels der in offener Schleife gesteuerten oder nachgeführten Phasenschiebermatrix 12. Die Phasenschiebermatrix 24 ist als Teil des kohärenten optischen Adaptionssystcms in geschlossener Schleife geregelt, während die von diesem System erzeugten Steuersignale auch die Phasenschiebermatrix 12 steuern. Demgemäß wird den Strahlen mit den Wellenlängen λι und λ? jeweils eine augenblickliche Phasenverschiebung aufgeprägt, die der augenblicklichen Phasenverschiebung entgegengesetzt gleich ist. welche die Strahlen auf ihrem Weg zum Ziel erleiden.

Tine Phascnschiebermatrix. die zur Verwendung als Baueinheit 24 in Fig. 1 geeignet ist. ist in F i g. 8 der US-PS 39 67 899 beschrieben und schematisch in den F i g. 2 und 3 dargestellt. Wie aus den F i g. 2 und 3 ersichtlich, besteht die Phascnschiebermatrix 24 aus einer einheitlichen Metall- oder Glasfolie 40. die eine hochglanzpolierte, in hohem Maße reflektierende Oberfläche aufweist und in regelmäßigen Abständen an Glas- oder Keramikteilen 42 befestigt ist, die ihrerseits an einem Ende von piezoelektrischen Stellgliedern 44 angebracht sind. Die Stellglieder 44 bestimmen die Position der Teile 42 und infolgedessen auch der Folie 40 in Abhängigkeit von Steuersignalen, die von der Steuereinheit 36 zugeführt werden, also in Abhängigkeit von den Signalen CSh CS4 und CS7, wie sie die Schaltungsanordnung nach F i g. 5 liefert. Die Phasenschiebermatrix 12 der Anordnung nach F i g. 1 kann in der gleichen Weise ausgebildet sein wie die soeben beschriebene Phasenschiebermatrix 24.

Es sei bemerkt, daß die in F i g. 3 dargestellte Matrix nur drei Zeilen und drei Spalten, also lediglich neun Stellglieder umfaßt, die mit Cl bis C9 bezeichnet sind. Dieses einfache Beispiel wurde gewählt, um die Zeichnung nicht unnötig zu komplizieren, und es versteht sich, daß auf die beschriebene Weise eine sehr große Anzahl von Teilkanälen realisiert werden kann. Die Stellglieder Cl bis C9 bewirken eine örtliche Verschiebung der Folie 40 als Funktion der jeweils zugeführten Steuersignale CS1 bis CS9. Die Kontinuität der Spiegelfläche 40 erzeugt eine sich stetig ändernde, räumliche Phasenfanktion, wie sie normalerweise bei einer Anlage der in F i g. I dargestellten Art erwünscht ist Dies beruht auf der Tatsache, daß beispielsweise atmosphärische Ungleichförmigkeiten mit sehr viel größerer Wahrscheinlichkeit in-Form von sich stetig ändernden Funktionen als von Sprungfunktionen vorliegen. Es versteht sich jedoch, daß bei Bedarf die glatte Oberfläche 40 durch diskrete Flächenspiegel ersetzt werden kann, von denerv jeder einem der Stellglieder zugeordnet ist, so daß die von der Matrix erzeugten Phasenverschiebungen sich sprunghaft über der Fläche der Matrix ändern.

Wie Fi g. 4 zeigt, existiert für die durch die einzelnen Teilquerschnitte zugeordneten Kanäle, die durch die einzelnen Stellglieder der Phasenschiebermatrix 24 definiert sind, jeweils ein entsprechender, elektronisch steuerbarer Phasenschieber der Modulationsmalrix 26.

Wie in F i g. 2 für eine Spalte der Matrix nach F i g. 4 dargestellt, wird jeder Phasenschieber von einem zugeordneten Oszillator gesteuert, so daß er die Energie des zugeordneten Kanals mit der Frequenz dieses Oszillators phasenmoduliert. Beispielsweise ist die Modulationsfrequenz, die der den Phasenschieber Φ\ durchlaufenden Energie aufgeprägt wird, coi. Entsprechend wird die den Phasenschieber Φα durchlaufende Energie mit der Modulationsfrequenz 0)4 gekennzeichnet.

Die Steuersignale für die Phasenschiebermatrix 24 werden von der Steuereinheit 36 nach Fig. 1 geliefert.

die in Fig. 5 mehr im einzelnen dargestellt ist. Wie ersichtlich, werden die Ausgangssignale des optischen Detektors 32 von einem Verstärker 33 verstärkt und dann durch einen Hüllkurvcn-Detektor 35 gleichgerichtet. Wie oben erwähnt, sind die Komponenten der Amplitudenmodulation des Ausgangssignals des Detektors 35 für Phasenverschiebungen zwischen den Strahlanteilen charakteristisch, die über die verschiedenen Kanäle das Ziel erreichen und die durch die verschiedenen Modulationsfrequenzen, beispielsweise (1)1 bis (Oq. gekennzeichnet sind. Beispielsweise wird die Amplitudenmodulationskomponente mit der kennzeichnenden Frequenz o)\ über einen Bandpaß 38 einem Phasendetektor 39 zugeführt. Das Ausgangssignal des Phasendetektors 39 hat die Amplitude A sin Θ, wobei A eine Funktion der Stärke des vom Filter 38 zugeführten Signals und Θ der Phasenwinkel zwischen dem letztgenannten Signal und dem dem Phasendetektor 39 zugeführten Bezugss gnat ist.

Das erfindungsgemäße System gestattet auch die Auswahl spezieller Verfolgungsarten, nämlich die Verfolgung heller oder dunkler Stellen. Unter Verwendung von Steuersignalen der einen Polarität stellt das kohärente adaptive System die Phasenschiebermatrix derart ein. daß der Strahl mit der Wellenlängen λι sich auf einem Glanzlicht, also einem kleinen, sehr gu; reflektierenden Fleck auf einem ausgedehnten Ziel bildet. Die Verwendung von Steuersignalen der emgegengesetzten Polarität bewirkt dann die Ausrichtung des Strahles auf einen kleinen Bereich mit geringem Reflexionsvermögen. Die letztere Betriebsart wird manchmal auch als »Schwarzlochverfolgung« bezeichnet. Die Umschaltung der Polarität der Steuersignale und infolgedessen der Auswahl einer Verfolgung von hellen oder dunklen Stellen kann durch eine Schalteinrichtung 37 erfolgen, die es erlaubt, in den Weg d"r Bezugssignale eine Phasendrehung von 180° einzuschalten, bevor die Bezugssignaie die Phasendetektoren 39 erreichen. Statt dessen können auch die Ausgangssignale der Phasendetektoren über die Polaritat umkehrende, nicht dargestellte Schaltungsanordnungen geleitet werden, um deiv zweiten Verfolgungsbetrieb einzuschalten.

F i g. 6 zeigt eine zweite Ausführungsform eines mit Signalen zweier Wellenlängen arbeitenden Systems nach der Erfindung. Bei dieser Ausführungsform ist eine einzige Phasenschiebermatrix 24' in dem Weg angeordnet, der den Strahlen mit den beiden Wellenlängen Ai und A2 gemeinsam ist. Insbesondere ist zu bemerken, daß die bei der Ausführungsform nach F i g. 1 vorhandene Phasenschiebermatrix 12 inr Weg 13 entfall! und der Umlenkspiegel 16, der sich in F i g. Γ am Ende des Weges 17 befindet, durch die Phasenschiebermatrix 24' ersetzt ist Die. Phasenschiebermatrix 24' ist in ihrer

Funktion die gleiche, wie sie für die Ausführungsform nach I- i g. 1 beschrieben worden und deren Einzelheiten in P i g. 2 dargestellt sind, als sie auf die Steuersignale der Steuereinheit 36 anspricht und dazu dient, die Phasengleichheit der Energie mit der Wellenlänge A2 am Zielort durch Anwendung einer geschlossenen Regelschleife optimal einzustellen. Gleichzeitig wird die Gleichphasigkeit der Energie mit der Wellenlänge λ| am Zielort durch Steuerung in offener Schleife eingestellt. Da die Phasenschiebermatrix 24' sowohl die Energie des Lasers 10 als mich die Energie des Lasers 22 verarbeiten muß, muli es sich um eine gekühlte Einrichtung handeln, wenn die Leistung des Lasers 10 entsprechend hoch ist. Beispielsweise kann die Spiegelfläche 40 (siehe F" i g. 2 und J) Einrichtungen umfassen, die es ermöglichen, ein Kühlmittel durch nicht dargestellte Kanüle an deren Rückseite zu leiten.

Bei der Ausführungsform nach F i g. b ist vorausgehe!."., daß die WeMeniärven ?.-, und ).-_£ /i;c:n;;r;;!er ausreichend dicht benachbart sind und/oder die Disperionsweglänge ausreichend klein ist, daß eine Phasenschicbcr-Spicgelmatrix die notwendigen Korrekturen für beide Wellenlängen bewirken kann. Die Ausfiihrungsform nach F i g. 6 hat den Vorteil, daß sie /um Einsparen einer Baueinheit führt, nämlich der Phasenschiebermatrix 24 für den Strahl kleiner Leistung der Anordnung nach Fig. 1. Da weiterhin die Phasenschiebermatrix, welche den Strahl hoher Leistung beeinflußt. Teil einer geschlossenen Regclschleife ist, ist die Zwangsläufigkeit der Steuerung besser als bei der Ausführungsform nach Fig. I.

Die Phasenschiebermatrix 24' soll in der Ruhestellung, also bei Steuerspannunger. Null, eine Stellung einnehmen, die einer Gestalt »hoher Qualität« entspricht, beispielsweise von einer Ebene oder einem Parabol. Auf diese Weise können Korrekturen, die Phasenverschiebungen um zusätzliche Vielfache von 2.τ (rad) erfordern, vermieden werden. Dadurch können dann auch größere Unstimmigkeiten zwischen Phasenverschiebungen bei den Wellenlängen Ai und Xi ausgeschlossen werden.

Ebenfalls bei der Ausführungsform nach F i g. 6 befindet sich eine verstellbare Spiegelanordnung 11 in dem Weg 13 zwischen dem Laser hoher Leistung 10 und dem Beugungsgitter 14. Die Funktion dieser Spiegelanordnung, die um kleine Beträge elektrisch oder manuell verstellbar sein kann, besiehi darin, ein Ändern des Einfallswinkels des Strahles hoher Energie um kleine Beträge zu ermöglichen. Hierdurch werden die Ausgangsstrahlen mit den Wellenlängen k\ und X-i um einen entsprechenden Winkel getrennt. Dieses Versetzen des Strahles macht es möglich, den Bezugsstrahl mit der Wellenlänge Xi auf ein erstes ausgewähltes Ziel, beispielsweise ein Punktziel, einzustellen, während der Strahl hoher Leistung mit der Wellenlänge A, auf ein zweites Ziel gerichtet ist. Eine solche verstellbare Spiegelanordnung 11 weisen auch die Ausführungsformen nach den F i g. 1 und 7 auf, so daß auch diese mit versetzten Strahlen arbeiten können.

Bei der Ausführungsform nach F i g. 6 ist ferner ein Filter 50 zwischen die Linse 30 und den optischen Detektor 32 geschaltet. Das Filter 50 hat ein Durchlaßband, das das Frequenzband der vom Laser 22 gelieferten Energie einschließt, und dient zur Verbesserung des Signal-Rausch-Verhältnisses des adaptiven Systems, indem Rauschen und andere Signale eliminiert werden, die außerhalb des gewählten Durchlaßbandes liegen Insbesondere verhindert das Filter, daß übersprechende Energie mit der Wellenlänge Ai die Arbeitsweise des adaptiven Systems stört.

Bei der in F i g. 7 dargestellten Ausführungsform der Erfindung wird der von einem Laser hoher Leistung IO erzeugte Strahl mit der Wellenlänge Ai über ein Beugungsgitter (4, eine Phasenschiebermatrix 24' und ein Fernrohr 18 auf ein Ziel 20 gerichtet. Der Strahl eines Lasers niedriger Leistung 22 wird ebenfalls auf das Ziel 20 gerichtet, jedoch ist der Weg vom Laser 22 zum

to Ziel 20 nicht mit dem Sende- oder Empfangsweg identisch, auf dem der Strahl hoher Leistung mit der Wellenlänge Ai übertragen wird. Es sei erwähnt, daß bei der Ausführungsform nach F i g. 7 der Laser 22 auch durch irgendeine andere geeignete Energiequelle ersetzt werden kann. Beispielsweise kann es sich bei manchen Anwendungen um Sonnenlicht handeln das vom Ziel 20 reflektiert und dann von der Anlage nach F i g. 7 verarbeitet wird. Ein anderes Beispiel ist die

„...l·, p; „ 7

i,r U,.r.,rk„M

von Energie, die von dein Ziel 20 selbst ausgestrahlt wird.

Ein Teil der Energie des Lasers 22, die von dem Ziel 20 reflektiert wird, wird von dem Fernrohr 18 empfangen und von der Phasenschiebermatrix 24' reflektiert. Diese empfangene Energie wird danach von dem Beugungsgitter 14 in Richtung auf ein Sperrfilter 50' reflektiert, das ein Sperrband aufweist, welches die Wellenlänge Ai der von dem Laser 10 ausgesandten Energie umfaßt. Das Ausgangssignal des Sperrfilters 50

JO wird über eine Modulationsmatrix 26 geleitet und durch die Öffnung einer Blende 54 einem optischen Detektor 32 zugeführt. Das Ausgangssignal des optischen Detektors 32 wird von einer Steuereinheit 36 verarbeitet, deren Ausgangssignale die Phasenschiebermatrix 24' in der gleichen Weise steuern, wie es oben für die Ausführungsform nach Fig. 6 beschrieben worden ist. Die Modulationsmatrix 26, die Oszillatorgruppe 34 und die Steuereinheit 36 der Anordnung nach F i g. 7 können ebenso ausgebildet sein wie die entsprechenden, vorher behandelten Einheiten. Bei der Ausführungsform nach F i g. 7 erfolgt jedoch die Regelung durch "ine räumliche Modulation des empfangenen Strahles über der Öffnung 52 gemäß den Lehren der DE-PS 23 21 118. Kurz gesagt wird durch Phasenmodulation des empfangenen Strahles mittels der Modulationsmatrix 26 der Strahl über der Öffnung 52 räumlich moduliert und es haben Phasenverschiebungen über dem Straiilquerschnitt die Bildung von Amplitudenmodulationskomponenten im Ausgangssignal des Detektors 32 zur Folge. Diese Modulationskomponenten haben die gleiche Frequenz wie die Frequenzen, die zur Kennzeichnung der entsprechenden Teilkanäle benutzt worden sind. Es sei daran erinnert, daß die Kennzeichnungs-Frequenz diejenige Frequenz ist, mit der die Modulationsmatrix 26 der Energie, die einen bestimmten Teilkanal durchläuft, eine Phasenmodulation erteilt.

Die Steuereinheit 36 spricht auf die amplitudenmodulierten Komponenten des vom Detektor 32 gelieferten Signals so an, daß die relative Phasenlage über der Phasenschiebermatrix 24' so eingestellt wird, daß die Amplitudenmodulation im Ausgangssignal des Detektors 32 auf ein Minimum vermindert wird. Diese Einstellung korrigiert alle Phasenverschiebungen, die der empfangene Strahl auf dem Weg vom Zie) 20 zu der

*5 dargestellten Anlage erfahren hat Die gleichen Korrekturen sind für den Weg vom System zum Ziel 20 anwendbar, so daß also die Phasenschiebermatrix 24 die richtige Einstellung für die Energie hoher Energie hat.

die von der Matrix reflektiert wird. Demgemäß ist der Strahl hoher Leistung am Ziel im wesentlichen in Phase.

Es sei erwähnt, daß alle vorstehend beschriebenen Ausführungsformen sehr gut für Anlagen geeignet ist, bei denen der Strahl hoher Leistung getastet ist. Bei ί einem solchen Betrieb wird der Laser für den Strahl mit der Wellenlänge Xj jeweils vor der Impulskette des Signals mit der Wellenlänge A| eingeschaltet, so daß die Phasenschiebermatrix stets so eingestellt ist, daß der Impuls hoher Energie sofort die richtige Phasenlage hat.

Normalerweise sind die Wellenlängen Ai für den Strahl hoher Energie und A» für den /ur Regelung dienenden Strahl geringer Energie sehr dicht beisammcnlicgcnd gewählt, da ein großer Abstand /wischen den Wellenlängen die Konstruktion mancher Kompo- :5 nenten des Systems erschwert. Beispielsweise wird es dann schwieriger, die Strahltrennung mittels ties Beugungsgitters zu bewirken, und es muß die Wellen-NicQsirshics über

»Abtastneiz« gemessen werden, damit mögliche (insicherhe.icn. beispielsweise Verschiebungen um Vielfache von 2.T (rad), vermieden werden. Beispielsweise kann es sich bei den Wellenlängen A] und Aj um verschiedene Übergänge eines COj-Lasers handeln.

L-s ist jedoch möglich. Systeme nach der Erfindung mit einer sichtbaren Beleiu litungsquelle (ΙΟμηι) und einem sichtbaren adaptiven V\Stein zur Phasenmessung zu betreiben. Ein Vorteil eines solchen Systems besteht darin, daß es die Möglichkeit bietet, ein atmosphärisch kompensiertes System zur aktiven Erzeugung eines Bildes als Systemzusatz zu benutzen, das nur geringe Kosten verursacht. Weiterhin, wie oben in bezug auf die Ausführungsform nach Fig. 7 erwähnt, bei der das kohärente optische adaptive System die empfangene Welle beeinflußt, kann in manchen Fällen eine auf natürliche Weise vorhandene Beleuchiungsquelle uinutzt werden, wie beispielsweise die Sonne, an Stelle eines Bcleiichtungs-Lasers geringer Leistung. Fin solches System ist natürlich nur unter l'ageslichlbedingungen arbeitsfähig, und es müßten dabei die Nachteile in Kauf genommen werden, die sich aus einem großer. Abstand /wischen den Wellenlängen Ai und A₂ ergeben.

lerner ist von Bedeutung, daß die Modulations· latrix 26 mit einem hohen ModuL\tionsinde\ arbeiten kann, um ein optimales Arbeiten der Regelschleife /u

Modulationen des Strahles zu kümmern brauchte, weil der Strr.hl mit der Wellenlänge A₂ nicht da/u bestimmt ist. Leistung auf das Ziel zu übertragen. Da weiterhin keine großen Anforderungen bezüglich der Leistungsübertragung gestellt werden, kann die Modulationsmatrix mittels akustisch-optischer oder elektrisch-optischer Modulationseinrichtungen cr/ielt werden.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Sendeanlage mit einer Einrichtung zum Erzeugen eines optischen Strahles hochfrequenter Energie und zum Ausrichten dieses Strahles auf ein Ziel und mit einem System zur Kompensation von räumlichen Phasenverzerrungen, weiche die ausgesandte Energie auf dem Weg zum Ziel erleidet, welches Kompensationssystem auf hochfrequente Energie, die es im wesentlichen auf dem gleichen Weg, den die ausgesandte Energie durchläuft, vom Ziel empfängt, anspricht und kontinuierlich die Phasenverzerrungen, die auf diesem Weg auftreten, feststellt und davon Steuersignale für eine Phasenschiebermatrix ableitet, die im Weg des auf das Ziel gerichteten optischen Strahles angeordnet ist und in Abhängigkeit von den Steuersignalen die Phasenverteilung über dem ausgesendeten optischen Strahl derart einstellt, daß die festgestellten Phasenverzerrungen kompensiert werden und die ausgesandte Energie cias Ziel mit im wesentlichen phasengleichen Anteilen erreicht, dadurch gekennzeichnet, daß das Kompensationssystem (22—36) auf hochfrequente Energie anspricht, die eine andere Wellenlänge (A₂) aufweist als. die ausgesandte Energie, deren Wellenlänge jedoch der Wellenlänge (Ai) der ausgesandten Energie so nahe ist, daß die Dispersion bezüglich dieser beiden Wellenlängen vernachlässigbar klein ist.

2. Sendeanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Kompensationssystem eine Einrichtung (22) zum Aussenden und eine Einrichtung (32) zum Empfanges! eines zweiten hochfrequenten Strahles mit der anderen Wellenlänge (A₂), eine Einrichtung (26) zum . hasenmodulieren des ausgesendeten zweiten Strahles und eine Einrichtung (36) zum Erzeugen der Steuersignale umfaßt, die auf eine Amplitudenmodulation der vom Ziel (20) empfangenen Energie mit der zweiten Wellenlänge anspricht(Fig. I).

3. Sendeanlage nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, daß das Kompensationssystem eine Einrichtung (26) zur räumlichen Modulation der empfangenen Energie mit der anderen Wellenlänge (A₂) und eine Einrichtung (32, 36) zum Ableiten der Steuersignale aufgrund der durch die räumliche Modulation erkennbaren Phasenverzerrungen umfaßt. (F i g. 7).

4. Sendeanlagc nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine Einrichtung (32) zum Beleuchten des Zieles (20) mit dem Energiestrahl der zweiten Wellenlänge (A₂) vorhanden ist.

5. Sendeanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß im Weg des ausgesendeten optischen Strahles der ersten Wellenlänge (Ai) und des empfangenen Strahles der zweiten Wellenlänge (X₂) ein Beugungsgitter (14) angeordnet ist, das die vom Ziel (20) eintreffende Energie der zweiten Wellenlänge (Aj) von dem Weg der Energie der ersten Wellenlänge (Ai) trennt und der Empfangseinrichtung (32) des Kompensationssystems zuführt.

6. Sendeanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine Spiegelanordnung(ll)zur Veränderung der Relativstellung des Weges des ausgesendeten Strahles der ersten Wellenlänge (Ai) und des Weges des

empfangenen Strahles der zweiten Wellenlänge (Xi) umfaßt

7. Sendeanlage nach den Ansprüchen 5 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Spiegelanordnung (11) zwischen der Einrichtung (10) zum Erzeugen des Strahles der ersten Wellenlänge (A₍) und dem Beugungsgitter (14) angeordnet ist.

8. Sendeanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine auf die Steuersignale ansprechende Phasenschiebermatrix (24; 24') auch im Weg des ausgesandten bzw. empfangenen Strahles der anderen Wellenlänge (Aj) angeordnet ist

9. Sendeanlage nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß eine gemeinsame Phasenschiebermatrix (24') in dem gemeinsamen Weg des ausgesandten Strahles der ersten Wellenlänge (Ai) und des ausgesandten bzw. empfangenen Strahles der anderen Wellenlänge (A2) angeordnet ist (F ig. 6).

10. Sendeanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Kompensationssystem auf einen adaptiv gebildeten Energiestrahl mit der anderen Wellenlänge (X₂) anspricht, der von einem kleinen, ein relativ hohes Reflexionsvermögen aufweisenden Fleck des Zieles (20) ausgeht.

11. Sendea.:lage nach einem der Ansprüche I bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Kompensationssystem auf einen adaptiv gebildeten Energiestrahl mit der anderen Wellenlänge (A₂) anspricht, der von einem ein relativ geringes Reflexionsvermögen aufweisenden kleinen Fleck des Zieles (20) ausgeht.