Применение лазеров в связи и локации

Оптический квантовый усилитель 6, преобразователь световых колебаний в электрические сигналы информации 7 (модулирующий сигнал) и усилители этих сигналов 8 образуют приемник.

Устройства точного нацеливания 9 служат для, совмещения оптической оси всех элементов линии.

Источник передаваемой информации 10 и оконечное устройство 11, стоящее на выходе приёмника, могут быть любого типа. В оптических линиях связи могут применяться помехоустойчивые виды модуляции. Может быть построена и аппаратура уплотнения нескольких телевизионных каналов [1] . Рисунок 1.1 - Оптическая система связи Недостаток оптической системы связи с амплитудной модуляцией световой несущей состоит в значительных нелинейных искажениях, вызываемых работой оптического модулятора. Эти, искажения обусловлены нелинейностью модуляционных характеристик оптических модуляторов и практически неустранимы.

Предложена система связи с частотно-модулированной поднесущей, которая позволяет почти полностью избавиться от нелинейных искажений оптического модулятора. В этой системе связи используется частотная модуляция (ЧМ) передаваемым сигналом вспомогательной поднесущей.

Частота поднесущей выбирается в районе радиодиапазона или диапазона СВЧ. Полученный ЧМ - сигнал используется для амплитудной модуляции излучения лазера при помощи стандартного оптического модулятора. На приемной стороне передаваемый сигнал детектируется фотодетектором, и после усиления подается на амплитудный ограничитель для устранения паразитной амплитудной модуляции. Далее полученный сигнал поступает на частотный детектор, на выходе ко торого получается исходный сигнал.

Нелинейность характеристики оптического модулятора практически не вызывает нелинейных искажений передаваемого сигнала при применении ограничителя. Для передачи информации на большие расстояния с целью уменьшения ослабления сигнала используют ретрансляторы.

Ретранслятор представляет собой фотоприемник, усилитель-ограничитель и лазер, излучение которого модулируется сигналом с выхода усилителя-ограничителя.

Ретрансляторы повышают дальность оптической связи.

Другой эффективный способ повышения дальности оптических линий связи — использование световодов.

Перспективными системами связи оптического диапазона являются системы с импульсной модуляцией и импульсным режимом работы оптического квантового генератора. Такие системы позволяют с чрезвычайно высокой скоростью передавать информацию во время излучения каждого импульса. В рассматриваемой системе информация, подлежащая передаче, регистрируется в запоминающем входном устройстве и подводится к модулятору света, размещенному на пути светового пучка лазера и обеспечивающему импульсно-кодовую модуляцию. При этом соответствующие схемы синхронизируют передачу информации запоминающим устройством от световых импульсов лазера.

Световые импульсы доходят до приемного устройства, детектируются фотодетектором и передаются демодулятору, который преобразует их в электрические сигналы, соответствующие сигналам, зарегистрированным в запоминающем устройстве. Это устройство соединено со схемой синхронизации, а также читающими устройствами. Рисунок 1. 2 - Оптическая система связи с импульсной модуляцией Блок-схема системы связи с импульсной модуляцией показана на рисунке 1.2. Подлежащая передаче информация, представленная в виде звуковых или кодированных сигналов, преобразуется на передающей станции в электрические импульсы, используемые для модуляции импульсов когерентного света, излучаемых лазером, с помощью модулятора 2. Конечная аппаратура передающей и приемной станций укомплектована стандартными кодирующими быстродействующими устройствами, поэтому промежуточные регистрирующие устройства 3 и преобразователи 4 могут использоваться при передаче и приеме. Блок 5 служит демодулятором. В разработанной системе применялся рубиновый лазер с продолжительностью генерируемых импульсов приблизительно 0,0001 сек.

Расхождение луча лазера составляет 0,05 град. Это позволяет установить устойчивую связь на большие расстояния между пунктами, расположенными на поверхности земли.

Импульсная оптическая система связи может применяться не только на расстоянии в пределах прямой видимости. Узкий световой пучок отражается облаками с хорошо определенными контурами, сооружениями и спутниками при связи за пределами прямой видимости. С помощью такой системы оптической связи можно установить связь и через газовую плазму, в то время как через нее электромагнитные волны радиочастотного диапазона не проходят.

Система лазерной связи может так же использоваться для передачи информации через поверхность раздела воздух - море.

Состояние поверхности моря, переменчивое из-за волн, характеризуется составляющими, частота которых находится в диапазоне волн радиосвязи.

Поэтому трудно передавать сигналы, используя в качестве несущей электромагнитную волну, так как отношение сигнал/шум передачи сильно уменьшается. При использовании в качестве источников световой несущей рубиновых лазеров следует учитывать, что они имеют значительно больший уровень шумов, чем газовые лазеры непрерывного действия.

Достоинство рассматриваемой системы в том, что благодаря использованию помехоустойчивой импульсно-кодовой модуляции она допускает значительно больший уровень шума как в передающем, так и в приемном устройстве. Как уже отмечалось, на работу наземных оптических линий связи значительное влияние оказывают атмосферные условия, ухудшающие параметры оптических линий.

Воздействие атмосферы приводит к ослаблению энергии излучения и искажениям оптических сигналов при передаче информации. Это выражается во флуктуациях амплитуды и фазы, искажениях фронта волны, изменениях поляризации и т. д.

Ослабление энергии излучения обусловлено рассеянием из-за оптических неоднородностей. В результате наблюдаются преломление, отражение и дифракция оптических волн. Кроме того, газы и взвешенные частицы сами могут быть источниками излучения, что приводит к увеличению уровня шума.

Существенное ослабление энергии излучения лазера происходит также из-за поглощения.

Поглощение электромагнитных волн имеет избирательный характер. При этом даже в области прозрачности в отдельных участках спектра наблюдается значительное поглощение.

Известный метод повышения устойчивости оптических линий связи против метеорологических условий — дублирование передачи по нескольким направлениям.

Эффективным методом борьбы с влиянием избирательного поглощения является одновременное использование для передачи информации лазерного излучения с различными длинами волн, лежащих в «окнах» прозрачности атмосферы. Для уменьшения избирательных поглощений, обусловленных тонкой структурой спектра, можно использовать близкие по частоте световые несущие в пределах полосы частот «окна» прозрачности.

Весьма перспективно использование оптических линий связи в космосе. При оптической связи на небольшие расстояния не обязательно расположение передатчика и приемника строго на одной линии. Это возможно при расширении апертуры луча. С этой целью в предлагаемой системе использован пассивный рефлектор-модулятор, который делает установку некритичной к направлению прихода светового луча, т. е. позволяет устанавливать связь между двумя подвижными точками. Эта система связи устраняет возможность перехвата сообщения и воздействия на него нежелательным абонентом и является надежным средством оперативной и аварийной связи.

Рассматриваемая система, изображенная на рисунке 1.3, состоит из блока линз 1, лазера 2, расположенного в их фокальной плоскости, рефлектора 3, модулирующего световой луч и отражающего его в обратном направлении, а также большого собирающего зеркала 4 концентрирующего принятый луч на фотодетекторе 5. Рефлектор представляет собой пассивный модулятор и состоит из трехгранного уголкового отражателя с зеркальными внутренними поверхностями, одна (или более) из которых является оптически отражающей подвижной диафрагмой.

Деформация этой диафрагмы под воздействием звуковых волн создает соответствующую модуляцию отражённого светового луча, благодаря которой модулирующий сигнал после усиления усилителем 6 выделяется на приёмной стороне приёмником 7. Рисунок 1.3 - Оптическая система связи на малые расстояния 1.2 Модуляционные устройства для оптической связи Модуляция — одна из центральных проблем при создании систем связи оптического диапазона, так как эффективность последних во многом зависит от создания достаточно эффективных и сравнительно простых модуляторов когерентного света, получаемого от лазера. Чем шире полоса модуляции, тем больше объем передаваемой информации.

Основные требования, предъявляемые к модуляторам когерентного света — широкополосность, линейность модуляционной характеристики, большой динамический диапазон и экономичность в потреблении энергии.

Методы модуляции излучения оптических квантовых генераторов делятся на два класса: методы внешней модуляции и методы внутренней модуляции. Под внешней модуляцией подразумевается воздействие на излученный свет вне самого лазера, под внутренней — на луч лазера в процессе его генерации, т. е. воздействие на параметры автоколебательной системы — лазера.

Методы модуляции можно классифицировать по изменяемому параметру модулируемого сигнала. В оптических системах возможны амплитудная, частотная, фазовая модуляции, модуляция поляризации оптической несущей сигнала, модуляция угла отклонения луча. 1.2.1 Амплитудные модуляторы для внешней модуляции На рисунке 1.4 показана типовая блок-схема оптического модулятора. Он содержит среду 1, вращающую плоскость поляризации луча 2 и поляризационные фильтры 3 и 4 (анализаторы). Рисунок 1.4 - Типовая схема поляризационного оптического модулятора Модулятор работает следующим образом. После прохождения поляризационного фильтра 3 свет становится плоскополяризованным.

Поляризационный фильтр 4 расположен так, что он пропускает свет с поляризацией, перпендикулярной поляризации, создаваемой первым фильтром. Если при прохождении луча света через среду 1 вращения плоскости поляризации не происходит, то фильтры не пропускают свет. Если при прохождении среды плоскость поляризации падающего света поворачивается, то на выходе модулятора появляется свет, интенсивность которого пропорциональна величине поворота плоскости поляризации. Для вращения плоскости поляризации используются газы, жидкости, твердые тела, в которых под действием внешних факторов (магнитного, электрического полей и т. д.) возникает анизотропия диэлектрической проницаемости и связанного с ней коэффициента преломления.

Запатентованы амплитудные модуляторы света, основанные на использовании вращения плоскости поляризации под действием магнитного поля (эффект Фарадея). Недостаток оптических модуляторов на эффекте Фарадея — необходимость создания в них значительного по величине магнитного поля в широкой полосе частот, что вызывает значительные технические трудности.

Недостаток оптических модуляторов с ячейкой Керра — в значительных потерях света, ограниченном частотном диапазоне (до 10 9 Гц), нелинейности модуляционной характеристики.

Перспективны модуляторы оптического диапазона, основанные на использовании эффекта Поккельса. Эти модуляторы находят широкое применение для модуляции на СВЧ. Модулятор СВЧ с использованием эффекта Поккельса представляет собой резонатор СВЧ, возбуждаемый петлей. В пучности электрического поля резонатора размещается электрооптический кристалл. С помощью петли в резонаторе возбуждаются волны типа ТМ ТП . Луч лазера подается вдоль оси резонатора, а модулирующий сигнал — от источника по коаксиальному кабелю к петле.

Амплитудные модуляторы с вращателями плоскости поляризации требуют значительного уровня модулирующего сигнала. Для уменьшения модулирующих напряжений предложено использовать резонатор Фабри—Перо.

Оптическая длина резонатора меняется с помощью вещества, коэффициент преломления которого зависит от параметров внешнего модулирующего сигнала.

Недостаток модуляторов на эффекте Поккельса — наличие частотной зависимости коэффициента модуляции, обусловленное пьезоэффектом.

Предложен метод устранения этого недостатка при помощи вспомогательной несущей, которая модулируется передаваемым сигналом.

Частота несущей выбирается такой, чтобы пьезоэффект практически не проявлялся.

Основным достоинством модуляторов, использующих эффект Поккельса, является линейная зависимость сдвига фаз от приложенного напряжения, в результате чего для модуляций на высокой частоте требуется меньшая мощность, чем в модуляторе, использующем эффект Керра.

Предлагается использовать ультразвуковую ячейку для полу чения внешней амплитудной модуляции. Этот метод основан на зависимости интенсивности определенных типов колебаний на выходе ультразвуковой ячейки от интенсивности бегущей ультразвуковой волны, возбуждаемой модулирующим сигналом.

Предусмотрена возможность выбора тип колебаний, которые являются выходным сигналом модулятора.

Описан амплитудный модулятор, использующий нелинейные явления в оптическом диапазоне.

Работа модулятора основана на нелинейной зависимости поляризации от поля световой волны достаточно большой амплитуды. При воздействии на нелинейную среду двух световых сигналов, один из которых несущий, а второй модулирующий, появляется сигнал, который содержит частоты с амплитудой, про порциональной произведению амплитуд несущей и модулирующего сигнала.

Поэтому возможно использование нелинейности среды для получения амплитудной модуляции.

Предложены амплитудные модуляторы, основанные на атомных и молекулярных взаимодействиях в веществе. Их работа основана на изменениях поглощения света в веществе при изменении состояния атомов и молекул под действием различных внешних факторов (электрического и магнитного полей, темпера туры, давления и т. д.). Такие системы позволяют получить широ кополосную модуляцию.

Работа полупроводникового СВЧ - модулятора света основана на том, что отражающие свойства поверхности полупроводника ме няются при изменении концентрации носителей, причем поверхност ную концентрацию можно менять с достаточной скоростью.

Описан амплитудный модулятор, работа которого основана на изменении поглощения света при перераспределении плотности энергетических уровней под действием модулирующего электромагнитного излучения.

Особенность таких модуляторов состоит в том, что при использовании среды с инверсией населенности уровней, т. е. среды с отрицательной температурой, можно значительно уменьшить уровень мощности модулирующего сигнала, необходимый для амплитудной модуляции нужной глубины.

Предложен модулятор, позволяющий осуществить одновременно и модуляцию, и усиление света за счет создания в веществе отрицательного поглощения.

Предложение основано на том, что различные используемые для модуляции эффекты, наиболее ярко выраженные при резонансе, являются в то же время функцией разности населенностей уровней, определяющих резонансную частоту. Для модуляции светового потока используют квантовую систему, состоящую из атомов щелочных металлов, процессирующих под действием модулирующего магнитного поля. При этом возникает амплитудная модуляция с частотой процессии атомов.

Описаны однополосные амплитудные модуляторы оптического диапазона, работающие по фазовому методу. Эти модуляторы позволяют сузить рабочий диапазон частот при, сохранении объема передаваемой информации. 1.2.2 Амплитудные модуляторы для внутренней модуляции. В простейшем случае внутренняя AM осуществляется путем изменения энергии накачки.

Например, в газовом лазере внутреннюю модуляцию можно осуществить, изменяя величину тока разряда через трубку.

Недостатком такого метода AM является узкополосность.

Значительно большей рабочей полосой частот обладают твердотельные лазеры с модулируемой накачкой. Для осуществления внутренней амплитудной модуляции используют электрооптическую ячейку, помещаемую внутрь резонатора.

Управление коэффициентом усиления активной среды можно осуществить с помощью эффектов Зеемана и Штарка, обусловленных соответственно действием магнитного и электрических полей.

Коэффициент усиления изменяется при расщеплении энергетических уровней из-за деформации электронных орбит атомов.

Предложены амплитудные модуляторы для внутренней модуляции с использованием эффекта Зеемана. Для модуляции можно использовать как продольный, так и поперечный эффект Зеемана.

Недостаток модуляторов, использующих эффекты Зеемана и Фарадея, в трудности получения большого магнитного поля в широком диапазоне частот модулирующего сигнала. Для получения амплитудной модуляции может быть использоанна ультразвуковая ячейка, помещенная внутри резонатора лазера.

Ультразвуковая ячейка, также как и в случае внешней модуляции, используется в сочетании с диафрагмой, выделяющей требуемый тип колебаний.

Модулирующий сигнал используется для создания бегущей волны в ультразвуковой ячейке.

Особенно эффективна внутренняя модуляция для резкого изменения добротности резонатора, что широко используется для получения «гигантских» импульсов излучения. Для получения «гигантских» импульсов цепь обратной связи включается и выключается с помощью «оптических затворов». Работа таких затворов основана на использовании электрических, магнитных, ультразвуковых эффектов и т. д. В качестве электрооптического затвора предложено использовать особое стекло.

Предложен оптический «рефракционный затвор», основанный на отклонении светового луча при помощи ультразвуковой ячейки. 1.2.3 Методы частотной модуляции лазеров. Частоту световой несущей можно регулировать за счет изменения резонансной частоты интерферометра Фабри—Перо. Это можно делать, например, с помощью пьезоэлементов, изменяющих оптическую длину резонатора. Это изменение в такт с изменением модулирующего сигнала приводит к перемещению максимума прозрачности резонатора по спектру и, следовательно, к генерированию света с той или иной длиной волны.

Частотная модуляция света может быть осуществлена на основе эффектов Зеемана и Штарка.

Следует заметить, что модуляция с использованием этих эффектов обладает определенными недостатками.

Прежде всего, для осуществления широкополосной модуляции требуются, очень сильные магнитные или электрические поля. Для частотной модуляции может применяться ультразвуковая ячейка, помещенная внутрь резонатора лазера.

Конструкция модулирующей ячейки аналогична конструкции амплитудного модулятора для внутренней AM . 1.3 Приёмники излучения Существует два метода приема оптического излучения: когерентный и некогерентный.

Когерентный метод приема осуществляется за счет использования дополнительного ОКГ, называемого гетеродинным или опорным ОКГ. При когерентном методе используются супергетеродинные, балансные и другие схемы приемных устройств.

Некогерент ный метод основан на приеме оптических сигналов без их предвари тельной обработки до детектора.

Рассмотрим схемы устройств приема оптических сигналов, применяемых в обоих методах.

Основная схема при некогерентном методе приема — схема прямого усиления. При этом сигнал усиливается до детектора или без усиления сразу подается на фотодетектор. Для усиления луча используется оптический квантовый усилитель (ОКУ). При когерентном методе приема оптический сигнал подвергается дополнительной обработке до фото детектора.

Когерентный метод приема отличается высокой чувствительностью и малыми шумами. При использовании этого метода облегчается задача фильтрации, поскольку она осуществляется на микроволновых, а не на оптических частотах. В том случае, когда в схемах когерентного метода приема используется местный гетеродинный ОКГ, предъявляются жесткие требования к юстировке гетеродина и стабильности его частоты. Более того, при одновременной подаче на фоточувствительную поверхность двух когерентных оптических сигналов одинаковой поляризации фронты двух световых лучей должны иметь одинаковую относительную фазу вдоль всего катода. Блок-схема входной части супергетеродинного приемного устройства показана на рисунке 1.5. Устройство состоит из собирательной линзы 1 для приема излучения лазера, местного гетеродинного ОКГ 2, полупрозрачного зеркала 3, фотодетектора 4 и радиотракта 5. Рисунок 1.5 - Супергетеродинный приемник оптического диапазона Приемлемое требование для степени не параллельности двух пучков света, падающих на детектор, может быть записано в виде где — длина волны несущих колебаний, D — апертура собирающей оптики детектора.

Основным недостатком супергетеродинного приема является возможность приема помехи на зеркальной частоте, отличающейся от несущей на удвоенную промежуточную частоту.

Предлагается устройство для супергетеродинного приема оптического сигнала, содержащего, кроме несущей частоты, две боковые частоты — верхнюю и нижнюю, в которых и заключена полезная информация. Таким образом, по зеркальному каналу вместо помехи приемник может принять одновременно два полезных сигнала. Блок-схема устройства показана на рисунке 1.6. Рисунок 1.6 - Супергетеродинный приемник со вспомогательными поднесущими Устройство состоит из местного гетеродина - лазера 1, поляроидов 2, плоскость поляризации которых показана штриховкой, расщепителя луча 3 с полупрозрачным зеркалом 4, двух фотодетекторов 5, фазосдвигающей цепочки 6, выходного сумматора 7 и четвертьволновой пластинки 8, на которой стрелкой показано направление поляризации, соответствующей наибольшей скорости распространения волны.

Входной луч через первый поляроид 2 попадает на смеситель 3. На другую грань смесителя через второй поляризатор с плоскостью поляризации, повернутой на 90° относительно первого, падает луч лазера гетеродина 1. На выходе смесителя получают два луча, каждый из которых содержит две компоненты, соответствующие входному и гетеродинному сигналам.

Первый луч проходит через третий поляризатор, поворачивающий плоскость поляризации по часовой стрелке на 45°, и затем на свой фотодетектор 5, а второй через четвертый поляризатор и дополнительно через четвертьволновую пластинку 4 также на свой фотодетектор 5. После фотодетектирования на выходе каждого фотоэлемента получают сигнал промежуточной частоты, содержащий верхнюю и нижнюю боковые частоты. Если электрический сигнал от второго фотоэлемента подать на фазосдвигающую цепь (90°), то на выходе сумматора будут выделены два напряжения: на одной клемме напряжение, пропорциональное сумме обоих сигналов, а на второй — пропорциональное разности. В другом варианте приемника четвертьволновая пластинка ставится на пути лазера-гетеродина; после смесителя и поляризаторов лучи с помощью призм полного внутреннего отражения попадают на разные точки фотокатода одного фотоэлемента.

Данная схема позволяет принимать полезную информацию, передаваемую по основному и зеркальному каналам. В приемниках с ЧМ особое значение приобретает стабилизация местного гетеродина по частоте.

Поскольку в настоящее время отсутствуют устройства для оптических частот аналогичные – частотным дискриминаторам на радиочастотах, то выделение информации из ЧМ – сигнала осуществляется за счет биений, возникающих на нелинейном элементе при подаче на него ЧМ – сигнала и немодулированного и слегка сдвинутого по частоте сигнала лазера. Предложен новый способ извлечения информации из частотно-модули рованного оптического сигнала без применения гетеродинного метода приема. В такой системе вспомогательный немодулированный луч, частота которого сдвинута на некоторую величину, образуется при расщеплении луча лазера – передатчика (рисунок 1.7). На рисунке 1.7, а показана блок-схема передающей части системы, на рисунке 1.7, б — то же, приемной.

Передающая часть системы содержит лазер-передатчик 1, ячейку Керра 2, сдвигающую частоту излучения; собирательную линзу 3; генератор вспомогательной частоты 4; модулятор на ячейке Керра 5 и источник информации 6. В приемную часть системы входят: собирательные линзы (антенны) 1, ФЭУ 2, сумматор 3, ограничитель 4, дискриминатор 5 и устройство воспроизведения 6. В месте приема информации оба луча совмещаются, и сложный луч направляется в приемник, где он попадает на нелинейный элемент. На выходе нелинейного элемента возникают сигналы со средней частотой, равной разности частот основ ного и вспомогательного лучей.

Отклонение же от средней частоты определяется модулирующим сигналом. Рисунок 1.7 – Приемник ЧМ – сигналов оптического диапазона В результате все флуктуации исходного источника света и наложенные на сложный луч во время движения его к приемнику оказываются скомпенсированными.

Качество приема может быть значительно улучшено благодаря предварительному усилению света при помощи оптических квантовых усилителей (ОКУ). Из всех типов ОКУ наиболее перспективными считаются ОКУ бегущей волны, обладающие высоким коэффициентом усиления и широкой полосой.

Однако в настоящее время ОКУ работают еще не на всех освоенных частотах оптического диапазона. Один из недостатков ОКУ бегущей волны — нестабильность коэффициента усиления. В обычных ОКУ прямая и обратная бегущие волны имеют одинаковые частоты и при соответствующей длине активного вещества усилителя обе волны могут оказаться в фазе, что приведет к возникновению колебаний внутри усилителя. Для устранения этого нежелательного эффекта предложена новая конструкция ОКУ бегущей волны.

Принцип работы нового ОКУ заключается в том, что в активном веществе усилителя возбуждаются акустические бегущие волны, которые представляют собой для электромагнитной волны большое число перемещающихся неоднородностей. В результате прямая и обратная волны несколько отличаются по частоте, а ОКУ стабилизируется по коэффициенту усиления. На оптических частотах применяются также устройства для параметрического усиления световых волн с помощью нелинейного кристалла, размещенного в резонаторе. С целью получения эффекта усиления требуется соблюдение параллельности лучей сигнала и накачки, так как сигнал и накачка взаимодействуют во всем объеме нелинейного материала. Это условие не всегда выполнимо. Кроме того, возникает проблема выделения усиленного сигнала из луча.

Предложена структура для усиления световой волны, в которой волны сигнала и накачки падают на нелинейный кристалл под различными углами и взаимодействуют лишь в ограниченном объеме. Блок-схема усилителя изображена на рисунке 1.8. Рисунок 1.8 – Параметрический усилитель оптического диапазона Параметрический усилитель состоит из источника сигнала (лазера) 1, резонаторов 2 и 3, настроенных на частоту входного сигнала, диэлектрических рефлекторов 4 частично пропускающих свет для ввода и вывода сигнала и концентрации его в объеме, где проявляется эффект усиления, устройства для оптической накачж 5 и выходного каскада 6. Для увеличения напряжения на выходе на фотоприемнике концентрируют световой поток возможно большей площади. Для этого целесообразно использовать длиннофокусные линзы. Для снижения потерь толщина линз выбирается минимальной.

Изготовление таких линз связано со значительными технологическими трудностями. В качестве тонких длиннофокусных линз применяют плоские стеклянные пластины, подвергающиеся механическому воздействию, в результате которого их поверхность приобретает форму поверхности синусоидального цилиндра. При использовании в системе оптической связи совокупности таких пластин, ориентированных друг относительно друга под углом Брюстера, потери на отражение практически исключаются и поглощение света из-за малой толщины пластин будет крайне незначительным. С технологической точки зрения изготовление таких пластин не представляет серьезных трудностей. 1.3.1 Детекторы оптического диапазона Все детекторы можно подразделить на тепловые, реагирующие на суммарную мощность падающего излучения и фотонные.

Тепловые детекторы в системах связи использовать нельзя, поскольку они реагируют на суммарную падающую мощность и не могут выделить информацию из модулированного потока излучения. К фотонным детекторам относятся фотодетекторы с внешним и внутренним фотоэффектами. К детекторам с внешним фотоэффектом относятся электростатические фотоэлектронные умножители (ФЭУ), динамические ФЭУ со скрещенными полями, вакуумные фотоэлементы, фото – клистроны, фото – ЛБВ. Большой интерес представляют фотодетекторы ЛБВ, в которых фотоэлемент совмещен с усилителем бегущей волны. Эти приборы имеют широкую полосу и представляют собой весьма перспективные демодуляторы оптических сигналов.

Чувствительность их значительно выше, чем у других высокочастотных фотоэмиссионных приемников.

Поэтому большинство работ по фотоэмиссионным приемникам посвящено именно фото – ЛБВ. Например, предлагается использовать фото – ЛБВ для когерентного приема оптических сигналов. Схема приемного устройства показана на рисунке 1.9. Рисунок 1.9 – Приемник оптического диапазона с ЛЬВ Устройство содержит источник входного сигнала 1, фильтры 2, отверстия 3 для ввода излучения на фотокатод 4, замедляющую систему 5, нагрузку фотоприемника 6, местный гетеродин оптического диапазона 7 и источники питания 8. Особенностью этого приемника является устройство фотокатода, выполненного в виде оптического резонатора.

Фотокатод подвергается воздействию модулированного сигнала, приходящего от внешнего источника, и сигнала местного гетеродина оптического диапазона.

Поскольку характеристика фотокатода нелинейная, фототок содержит компоненты с комбинационными частотами, из которых в дальнейшем используются только компоненты разностной частоты.

Фототок с помощью электронно-оптического устройства направляется во вторую секцию прибора, которая представляет собою обычную ЛБВ СВЧ – диапазона, где происходит усиление сигнала разностной частоты.

Описана схема оптического фотоприемника, предназначенного для приема светового сигнала, модулированного сигналом СВЧ. Он представляет собой настраиваемый волноводный резонатор, состоящий из прямоугольного волновода. С одной стороны волновода помещен подвижной короткозамыкатель, а с другой — неподвижная стенка с отверстием связи, через которое в резонатор подается сигнал от генератора СВЧ. Внутри резонатора в пучности электрического поля находится фотоэлемент с внешним фотоэффектом, питаемый от источника входного сигнала.

Устройство просто и надежно. К детекторам с внутренним фотоэффектом относятся фотосопротивления, фотодиоды, фототриоды и детекторы с фотоэлектромагнитным эффектом.

Особенность детекторов с внутренним фотоэффектом в том, что в них нет «красной» границы спектральной чувствительности. В инфракрасном диапазоне (ИК) частот могут работать фотодетекторы с p – n – переходами, поскольку существуют материалы с узкой запрещенной зоной.

Фотодетекторы с р — n – переходами рассчитаны на прием слабых сигналов, в то время как фотосопротивления способны работать при больших мощностях падающего излучения. С другой стороны, постоянная времени фотосопротивления велика, а фотодиоды и фототриоды могут принимать световой сигнал, модулированный СВЧ поднесущей, с частотой порядка нескольких мегагерц. В то же время постоянная времени фотодиодов меньше, чем фототриодов. Для усиления слабых сигналов вместо фотодиодов можно применять фототриоды с внутренним усилением по току, но как было сказано выше, постоянная времени фототриодов больше, чем у фотодиодов. Это ограничивает применение фототриодов в системах связи.

Предлагаются различные фоточувствительные приборы, способные детектировать сигналы ИК – диапазона (вплоть до санти метрового). Эти фотоприемники используют пленки сверхпро водящих материалов, например Sn , Pb , A 1 и пр.

Детекторы представляют собой две тонкие пленки сверхпроводящего материала, разделенные тонким слоем диэлектрика (6 – 200 ангстрем). Детектирование осуществляется за счет генерации неравновесных носителей заряда, туннелирующих сквозь слой диэлектрика между пластинками и разделяющихся потенциальными барьерами. При приеме слабых сигналов после фотодетектора необходимо ставить малошумящие усилители с большим коэффициентом усиления, например параметрические.

Параметрические усилители на полупроводниковых диодах имеют ценные качества, которые позволяют успешно использовать их в системах связи. В последнее время получили дальнейшее развитие параметрические усилители, применяемые в оптических линиях связи. В этих усилителях полупроводниковый диод одновременно является и фотодетектором, и нелинейным реактивным элементом.

Параметрические усилители с фотодиодом получили название фотопараметрических.

Развитие техники связи в оптическом диапазоне привело к созданию новых устройств для усиления слабых сигналов радиочастоты. Это новое устройство названо разером.

Подобно мазерам и лазерам в разере для получения эффекта усиления используется взаимодействие между электронами атомов и внешним магнитным полем.

Однако в разере дополнительно происходит взаимодействие спинов атомных ядер с магнитным полем. В этом случае энергетические уровни располагаются достаточно близко друг от друга, что дает возможность усиливать радиосигналы. Разер состоит из проводящей цилиндрической полости, в которой находится активный парамагнитный кристалл формы цилиндра. В качестве подобного кристалла может применяться парамагнитная соль La 2 Mg ( N 0 3 )12*24 H 2 0, в которой 1% атомов лантана замещен атомами изотопов неодима.

Кристалл вставлен в индуктивную катушку, расположенную в полости. Для снижения уровня шумов усилителя полость погружена в гелиевый сосуд Дьюара. На определенной частоте в полость через волновод от генератора СВЧ подается мощность накачки. В результате получают инверсию населенностей энергетических уровней спинов протонов.

Усиливаемый сигнал подводится к катушке, которая настраивается в резонанс с помощью переменного конденсатора, размещенного в сосуде Дьюара.

Катушка может быть сделана из сверхпроводника. Это снижает собственные шумы усилителя. Такой может непрерывно перестраиваться по частоте в очень широком диапазоне. Одним из важных параметров системы оптической связи является отношение сигнал/шум. На оптических частотах большое значение приобретают радиационные шумы внешней среды. В зависимости от времени суток и погоды величина шумов меняется.

Большое влияние на связь оказывает излучение солнца и звезд.

Особенно заметно это влияние в локационных и навигационных системах, использующих сигналы оптических квантовых генераторов.

Описывается автоматическая регулировка для приемника световых импульсов низкой частоты. Эта система предназначена для слежения за облачным покровом и применяется в системе наблюдения за метеорологической обстановкой в районе аэродромов.

Основная идея изобретения заключается в том, что амплитуда помехи на выходе усилителя приемника поддерживается постоянной. В этом случае при различной посторонней засветке на входе приемника амплитуда шумов на выходе постоянна и приемник будет срабатывать только от световых импульсов лазера, отраженных от облаков, так как амплитуда импульсов превосходит по величине постороннюю засветку. В то же время днем, в хорошую погоду, приемник выключается, поскольку отраженных импульсов нет, а «чистая» засветка может быть принята за облака.

Принцип работы приемника световых импульсов заключается в том, что в нем применяется интегратор, регулирующий усиление приемника. Этот интегратор выдает сигнал, пропорциональный внешним радиационным шумам. Блок-схема приемника и диаграммы сигнала с шумами показаны на рисунке 1.10. Приемник содержит собирательную линзу-антенну 1, фотоэлемент 2. усилители 3, 4, 5, детектор 6. Цепь автоматической регулировки усиления образована усилителем 5 и детектором. В слу чае прихода сигнала 1, показанного на рисунке , с большими радиационными шумами, усиление приемника снижается и сигнал 3 на выходе получается примерно таким же, как и в отсутствие шумов. Таким образом, в этой системе при помощи автоматической регулировки удается повысить отношение сигнал/шум при различных метеорологических условиях. Рисунок 1.10 – Приемник импульсных сигналов с АРУ 1.4 Световодные линии связи Оптические линии связи, в которых луч лазера между передатчиком и приемником распространяется в окружающем их пространстве, имеют ряд недостатков: значительное ослабление луча, сильное влияние окружающей среды на работу линии связи, ограничение дальности расстоянием прямой видимости. Для устранения этих недостатков в системах связи применяют оптические волноводы - световоды.

Волноводы можно разделить на два класса. К первому относятся волноводы, в которых электромагнитные волны распространяются благодаря многократным отражениям между двумя проводящими поверхностями, ко второму — те, в которых распространение происходит благодаря многократному отражению на границах диэлектрической среды, обусловленному изменением коэффициента преломления.

Конфокальные линзовые и зеркальные системы не являются волноводами в указанном смысле, однако мы рассмотрим их, называя в дальнейшем «лучеводами». 1.4.1 Основные типы световодов В волноводах первого класса лучи многократно отражаются от металлических стенок волновода, следуя по зигзагообразной траектории.

Волновод обычно заполняется инертным газом с малыми потерями.

Затухание определяется неполным отражением от стенок и зависит от состояния металлических стенок, поляризации и угла скольжения. Для достижения наименьших потерь вектор электрического поля должен быть тангенциален к отражающей поверхности, а угол скольжения — мал. При определении угла скольжения образуется, поле волны соответствующего типа (мода). На оптических частотах эти моды не могут быть разделены, так как они связаны друг с другом по случайному закону из-за наличия малых неоднородностей на стенках волновода. Это явление ведет к искажению сигнала и накладывает определенные ограничения на характеристики волноводов. В зависимости от допусков на точность механического изготов ления устанавливают пределы применимости волноводов. Чем выше частота, тем жестче должны быть допуски. Во всех случаях при уменьшении диаметра волновода искажение сигнала из-за преобразования мод несколько уменьшается, но при этом сильно увеличиваются дисперсионные искажения и затухание.

Второй класс волноводов включает в себя диэлектрический стержень и его варианты. В этих волноводах лучи также идут по зигзагообразному пути в результате многократного отражения от границы диэлектрика с воздухом. В случае применения обычных диэлектриков потери на отражение при падении под некоторым углом значительно больше, чем в волноводах первого класса. Но при углах скольжения В диэлектрическом стержне, так же как и в волноводах первого класса, возможно одномодовое и многомодовое распространение сигнала.

Многомодовое распространение наблюдается тогда, когда величина диаметра волновода составляет несколько длин волн.

Уменьшение диаметра приводит к одномодовому режиму передачи. 1.4.2 Световые лучеводы Световые лучеводы можно разде лить на три типа, показанные на рисунке 1.11. На рисунке 1.11, а показана общая структура лучевода: 1 — источник; 2 — коллиматор; 3 — фазовые корректоры (на рисунке 1.11, б — диафрагменные лучеводы; на 1.11, в — линзовые лучеводы; на 1.11, г — зеркальные лучеводы). Принцип работы всех этих лучеводов почти одинаков, поэтому достаточно рассмотреть линзовый лучевод, который исследован лучше других. Линзы производят преобразование фазы пучка лучей, корректируя форму фазового фронта. Эта функция выполняется и диафрагмами (1.11, б) и соответствующими зеркалами (1.11, г). Рисунок 1.11 – Основные типы лучеводов В лучеводной системе может распространяться большое число различных волновых пучков мод, каждый из которых характеризуется своей структурой распределения поля в поперечном сечении пучка.

Потери в лучеводах значительно меньше, чем в световодах. При применении фазовых корректоров лучеводы могут использоваться во всем диапазоне от видимого света до миллиметровых волн. Но в миллиметровом диапазоне они применяются ограничено, так как для достижения малых дифракционных потерь в этом случае требуются большие апертуры и малые расстояния между корректорами.

Наименьший диаметр апертуры линз приблизительно равен среднему геометрическому от длины волны и расстояния между корректорами.

Дифракционные потери составляют только часть полных потерь энергии при передаче сигнала. Не говоря о потерях возбуждения, сигнал в линии затухает также из-за потерь на отражение от поверхности линз и поглощение в материале линз.

Потери на отражение могут быть значительно снижены просветлением линз, хотя это и увеличивает стоимость линии и сужает полосу передаваемых частот.

Обычно потери на отражение и поглощение составляют большую часть потерь.

Увеличивая расстояния между линзами, можно потери уменьшить, но тогда нужно применять линзы большого диаметра для того, чтобы снизить возрастающие при этом дифракционные потери.

Необходимость использования линз и зеркал больших размеров значительно усложняет устройство оптических лучеводов и увеличивает их стоимость.

Предлагается более совершенный способ ориентации луча, по которому используется совокупность пар отражателей, имеющих цилиндрическую поверхность. В каждой паре отражатели расположены по отношению друг к другу таким образом, чтобы их фокальные плоскости были взаимно ортогональными.

Каждая пара отражателей представляет собой длиннофокусную линзу, причем расстояние между соседними парами приблизительно равно сумме их фокусных расстояний. Угол поворота светового луча каждой парой отражателей определяется ориентацией дан ной пары по отношению к некоторой плоскости. Такая система ха рактеризуется весьма малыми потерями, широкополосностью и простотой конструкции. 1.4.3 Волоконные волноводы Волоконный волновод явля ется вариантом диэлектрического стержневого волновода. В волноводах большого диаметра (10+100 мк) условия распространения волн аналогичны условиям в отражающей трубе, за исключением того, что волокно может быть изогнуто на небольшой угол без существенного увеличения потерь.

Распространение волн идет почти целиком внутри волокна, и затухание передаваемого сигнала определяется потерями в диэлектрике волокна. Такие многомодовые волоконные волноводы используются уже давно, но в связи со сравнительно большими потерями их применение ограничивается только короткими трактами передачи. В волноводах малого диаметра (менее 0,1 мк) большая часть энергии идет снаружи волокна в виде поверхностной волны. В связи с этим затухание волн невелико.

Потери в этих одномодовых волноводах могли бы быть меньше 10 дб/км, но здесь возникают трудности их закрепления на большом протяжении. Малая величина потерь может быть реализована только в том случае, если поверхность волокна не имеет изъянов и точек соприкосновения с другими предметами. Для получения хорошего состояния поверхности стекло полируют па пламени.

Волокно крепится методом плакировки, т. е. нанесением поверхности слоя, причем коэффициент преломления этого слоя должен быть меньше, чем самого волокна.

Поверхностная волна, распространяясь в таком плакирующем, слое (толщиной в десятые доли микрона), уже не возмущается поддерживающими линию деталями. 1.4.4 Газовые волноводы В волноводах второго класса нет необходимости делать резкую границу между диэлектриком и свободным пространством. В этом случае можно применить плавное уменьшение величины диэлектрической проницаемости в поперечном сечении волновода. Такие волноводы можно получить, например, воздействием силовых полей с цилиндрической симметрией на трубку, например из двуокиси углерода.

Очевидно, такие трубки могут служить эффективным оптическим волноводом.

Основное преимущество газовых волноводов заключается в малом затухании, так как потери в таких газах ничтожны.

Однако из-за малости коэффициента преломления эти волноводы не так эффективны при наличии изгибов, как волоконные. 1.4.5 Оптические микроволноводы Принцип работы опти ческого микроволновода основан на малости затухания при распространении поверхностной волны (рисунок 1.12, а). В простейшем виде показан оптический микроволновод, который состоит из тонкой Диэлектрической пленки 1, которая закреплена в поддерживающей системе 2. Микроволновод возбуждается параллельным пучком лучей так, что электрическое поле имеет поляризацию, перпендикулярную пленке.

Толщина пленки составляет доли длины волны (около 0,05 мк), а ширина пленки позволяет свободно пропустить весь пучок света, обычно 10 000 длин волн. Рисунок 1.12 - Типы оптических микроволноводов Распространяющаяся по пленке мода является плоской поверх ностной волной, симметричной средней плоскости пленки.

Большая часть энергии идет снаружи пленки и только небольшая ее часть проходит внутри.

Поэтому потери в линии сравнительно малы. В плоскости, перпендикулярной поверхности пленки, микроволновод можно изгибать без существенного увеличения потерь. В плоскости, параллельной пленке, изгиб можно делать, только применяя скрутки на 90°, так как в этой плоскости волновод за собой «поле не ведет». Внешнее конструктивное выполнение оптического микроволновода определяется технологическими соображениями.

Оболочка не участвует в передаче волн и служит только для защиты и крепления пленки.

Существует много способов крепления тонкой пленки. На рисунке 1.12, б показан пленочный волновод, поддерживаемый конфокальной системой линз, где 1 — тонкая пленка, 2 - миниа тюрные линзы.

Однако подобные структуры имеют большой недо статок изгибы в них могут осуществляться только в одной плоскости На рисунке 1.13, в изображен волновод в виде скрученной пленки. Здесь пленка в виде непрерывной скрутки помещена в гибкую защитную трубу. Такой волновод может иметь изгибы в любой плоскости при условии, что радиус изгиба велик по сравнению с пе риодом скручивания. Итак, имеется значительное количество типов световодов и лучеводов, каждый из которых имеет свои достоинства и недостатки.

Основное достоинство световодов — их способность преодолевать неровности, изгибы, недостаток — сравнительно большое затухание.

Лучеводы имеют меньшее затухание, однако они чрезвычайно чувствительны к смещениям грунта, требуют высокоточной юстировки, плохо преодолевают плавные изгибы.

Применение автоматической юстировки уменьшает указанные недостатки.

Однако при этом значительно возрастает сложность и стоимость системы. 2 Применение лазеров в радиолокационных системах Основные преимущества лазерных радиолокационных систем следующие: большая дальность действия при относительно малой потребляемой мощности, высокая точность измерения дальности и угловых координат, малые шумы в приемных устройствах, трудность создания помех, малые габариты и вес. Все это обеспечивает перспективность использования оптических радиолокационных систем.

Особенно перспективна оптическая локация в космосе при слежении за спутниками, для радиолокации планет и т. д.

Радиолокационная система для определения расстояния до цели содержит лазерный передатчик, триггерный механизм, оптический приемник с фильтром монохроматического света, отраженного от цели; считывающее устройство, связанное с оптическим приемником и триггерным устройством. Рисунок 2.1 - Оптический локатор На рисунке 2.1 изображена схема оптической радиолокационной системы. Лазер 1 представляет собой стержень 2 из активного вещества, например из рубина.

Стержень окружен газоразрядной лампой 3, на которую поступают импульсы от источника энергии накачки 4. Синхронизатор 5 приводит в действие источник 4, который зажигает лампу 3, в результате чего лазер излучает луч 6 когерентного света по направлению к цели.

Синхронизатор обеспечивает также горизонтальную развертку лучей двух осциллографов 7 и 8 — считывающих устройств системы.

Выходной луч лазера фиксируется детектором 9, который подключен к осциллографу 7. На осциллографе появляется импульс 10, соответствующий моменту передачи выходного импульса лазера. Луч 6 лазера отражается от цели 11 и через некоторое время принимается оптическим приемником 12. Отраженный от цели луч 13 попадает на параболический рефлектор 14 и фокусируется в фотоэлементе 15. Фотоэлемент подключен к осциллографу 8, который регистрирует принимаемый от цели световой импульс.

Разница во времени между импульсами 10 и 16 па обоих осциллографах является мерой расстояния от системы до цели 11. Предложена усовершенствованная радиолокационная система. Она позволяет обнаруживать подвижные объекты, точно измерять расстояние до них, угловые координаты и скорость их движения.

Оптический локатор (рисунок 2.2, а) состоит из передающей части, в которую входит лазер 1 и система отклонения 2, которая производит механическую или электрическую прерывистую развертку луча лазера. Рисунок 2.2 – Усовершенствованная радиолокационная система оптического диапазона Отклоненный луч проходит через оптическую систему 5 и осу ществляет обзор пространства по азимуту и углу места.

Передача светового сигнала не является непрерывной, и начало излучения каждого импульса происходит в строго определенный момент времени. С этой целью при передаче модулятор прерывает свет на время, которое необходимо отклоняющему устройству для изменения положения луча в пространстве. Это позволяет точно измерить момент возврата отраженного луча и, следовательно, расстояние до цели.

Электронное отклонение луча можно осуществить, например, с помощью ультразвуковой ячейки или другим способом. Обратный луч, отраженный различными точками зоны обзора, принимается оптической системой 4 и затем смешивается в микшере 5 с оптическим излучением лазера 6. Микшер создает световой луч, центральная частота которого равна частоте передачи и частота огибающей равна разности переданной и принятой приемником частот.

Сигнал биений появляется только в том случае, если луч поступает от цели, имеющей определенную радиальную скорость по отношению к локатору.

Частота этого сигнала пропорциональна доплеровской частоте объекта и, следовательно, радиальной скорости.

Устройство 7 отклоняет луч с выхода микшера одновременно с разверткой так, что приемное устройство принимает только один луч, отраженный от цели. Такое устройство устраняет помехи, создаваемые солнцем, при освещении зоны обзора.

Устройство 7, обеспечивающее при приеме выбор полезных сигналов, несущих информацию, стоит на входе фотоумножителя.

Система подавления помех (рисунок 2.2, б) состоит из фотокатода 1 и фотоумножителя 2, усиливающего электронный пучок и создающего на выходе сигнал.

Амплитуда сигнала пропорциональна энергии принятого светового луча.

Система содержит также устройство 3, вызывающее отклонение электронного пучка, и экран 4, непроницаемый для электронов с отверстием 5. Отклонение электронного пучка регулируется одновременно с разверткой, осуществляемой при приеме так, чтобы в момент, соответствующий строго определенному направлению, визирования, только часть электронного пучка, получаемая из отраженных сигналов, была отклонена к отверстию и передана фотоумножителю.

Устройство, вызывающее отклонение, управляется электрическим путем, например изменением напряжения на электродах отклоняющей системы.

Фотоумножитель 8 (рисунок 2.2, а) на выходе создает электрический сигнал, частота которого равна частоте биений на выходе микшера 5 (рисунок 2.2, б) и, следовательно, пропорциональна скорости цели. Этот сигнал направляется затем к трем специальным устройствам системы 6, 9, 10. Устройство 10, осуществляющее грубую фильтрацию частоты сигнала, передает его на осциллограф 1 по различным выходным каналам, в соответствии с диапазоном частот в котором он находится.

Устройство 10 состоит из трех фильтров, полосы пропускания которых смежны и перекрывают общий диапазон частот, возникающих в соответствии с диапазоном скоростей цели.

Сигнал, поступающий от цели, скорость которой выходит за пределы этого диапазона, практически подавляется системой фильтров.

Выходы трех фильтров подключаются ко входам, соответствующим разным цветам луча многоцветного осциллографа 11 , например трехцветного. На осциллографе получают изображение наблюдаемой зоны, при этом развертка экрана осуществляется таким образом, что точки, изображающие наблюдаемые цели, дают относительные угловые координаты этих целей. Точки различных цветов соответствуют различным скоростям целей. Цели со слишком малыми или слишком большими скоростями не появляются на экране осциллографа.

Одновременно электрический сигнал с фотоумножителя подводится к системам 6 и 9, измеряющим дальность и угловые координаты цели, запеленгованной на экране осциллографа, а также скорость.

Измерение дальности производится способом, описанным выше.

Скорость измеряется устройством, которое состоит из фильтров, на общий вход которых подводится электрический сигнал от фотоумножителя.

Фильтры имеют очень узкие полосы пропускания и смежные границы, при этом совокупность полос пропускания перекрывает тот же диапазон частот, что и совокупность трех фильтров. Эти фильтры разделяют входной сигнал, в соответствии с его частотой, что позволяет определить скорость цели.

Точность, полученная при таком измерении скорости, определяется шириной полосы пропускания каждого фильтра.

Доплеровские частоты, полученные при использовании рассматриваемого оптического локатора, достаточно высоки даже при относительно низких скоростях цели.

Например, при длине волны в 1 мк доплеровские частоты цели, радиальная скорость которой расположена в пределах 3,5— 110 км/час, колеблются от 2 до 60 Мгц. В радиолокаторе, ра ботающем на длине волны в 0,1 м , доплеровские частоты, полученные при таких же скоростях цели, колеблются в пределах 20— 600 гц.

Увеличение доплеровских частот цели улучшает рабочие характеристики локатора. Это одно из основных преимуществ такого оптического локатора по сравнению с обычными радиолокаторами.

Список использованных источников 1. Мазуров М. Е., Обухов В. А. Лазеры в технике связи. – М.: Труды ИНИИПИ, 1969. – 48 с. 2. Под ред. В. П. Тычинского.

Применение лазеров. – М .: «Мир» , 1974. 3. И. Н. Матвеев.

оценка азс в Туле
оценка стоимости аренды нежилого помещения в Липецке
оценка катера в Белгороде