Работа систем спутниковой навигации GPS и ГЛОНАСС основана на точном измерении расстояния между несколькими спутниками и объектом, местоположение которого нужно определить. При этом координаты спутника должны быть известны максимально точно. Поскольку большая масса Луны влияет на траекторию движения спутников, при расчете их положения нужно учитывать лунные координаты. Их получают путем измерения расстояния до Луны с помощью лазерных локаторов. Точность работы таких локаторов зависит от длительности импульсов лазерного излучения и разрешающей способности приемного тракта.
Сотрудники НИЦ Лазерной физики Университета ИТМО создали лазер для лунного локатора, способного с точностью до нескольких миллиметров измерить расстояние до Луны. Среди особенностей лазера – компактность, низкая расходимость излучения, уникальное сочетание короткой длительности, высокой энергии и частоты следования импульсов. Импульс лазера имеет длительность 64 пикосекунды, что почти в 16 миллиардов раз меньше секунды. А расходимость, которая определяет яркость лазерного луча на больших расстояниях, приближается к теоретическому пределу: она в несколько раз меньше, чем у аналогов на рынке.
«Само по себе создание лазера с длительностью импульсов в несколько десятков пикосекунд технически уже не сложно, – рассказывает Роман Балмашнов, инженер НИЦ Лазерной физики, аспирант мегафакультета фотоники Университета ИТМО. – Однако выходная энергия импульсов нашего лазера практически вдвое выше, чем у аналогов такого же типа. Она составляет либо 253 миллиджоуля на “зеленой” длине волны, либо 435 миллиджоулей на “инфракрасной”. Мы смогли добиться высокой частоты следования импульсов 200 Гц и энергетической стабильности, поэтому энергия не меняется от импульса к импульсу».
Новый лазер будут использовать в лунном лазерном локаторе в системе ГЛОНАСС. Это позволит в режиме реального времени обновлять поправочные коэффициенты при расчете координат спутников и сделает российскую навигационную спутниковую систему точнее. Погрешность определения координат пользователя может быть уменьшена до 10 сантиметров.
«Разработанный нами лазер находится на переднем крае лазерных технологий по комплексу параметров. По нашим данным он является самым мощным импульсно-периодическим пикосекундным источником лазерного излучения в своем сегменте в мире. Кроме решения сугубо дальномерных задач, лазеры подобного класса можно использовать для построения изображений орбитальных объектов, например, спутников или космического мусора», – отмечает руководитель НИЦ Лазерной физики Университета ИТМО Андрей Мак.
Статья: A. F. Kornev, R. V. Balmashnov, I. G. Kuchma, A. S. Davtian, and D. O. Oborotov, «0.43 J/100 ps Nd:YAG laser with adaptive compensation of thermally induced lens», Opt. Lett. 43, 4394-4397 (2018)
