5.1 Laser v astronomii, geodézii a geofyzice

Velmi brzy po uvedení laseru do provozu byl laser použit v systému radaru jako vysílač záření. V tomto případě se z charakteristik laserového záření využívá především jeho malá rozbíhavost (divergence) a dále schopnost generace velmi krátkých impulsů (řádově 10^-12 s). Pomocí tohoto tzv. laserového radaru (obr. 5, 6) jsou měřeny vzdálenosti k objektům, které odrážejí laserové záření zpět do směru přicházejícího svazku. Pro zvětšení intenzity do radaru se vracejícího záření se na měřené objekty umisťují tzv. laserové družicové odražeče - koutové hranoly, jejichž charakteristickou vlastností je, že odrážejí přicházející záření do zpětného směru. Podle využití laserového radaru (v astronomii, geodézii, geofyzice nebo ekologii) se tyto odražeče umisťují na pozemní cíle, družice nebo na povrch Měsíce. Určení vzdálenosti je založeno na měření časového intervalu, který uplyne mezi vysláním impulsu optického záření a okamžikem návratu odraženého impulsu od měřeného objektu. Velikost dosahu laserového radaru plyne z energetické kalkulace přijatého signálu, která je popsána tzv. radarovou rovnicí. Z této rovnice vyplývá, že velikost přijímaného signálu se zmenšuje úměrně čtvrté mocnině vzdálenosti. Dosah laserového radaru je do 20 km při měření pozemních objektů, oblačnosti, letadel apod. (tj. většinou objektů bez laserových odražečů - viz Lidar v dalším odstavci). Vzdálenosti 10 000 km jsou dosahovány při měření umělých družic Země a nejvzdálenějším objektem měřeným laserovým radarem jsou laserové odražeče umístěné na povrchu Měsíce (asi 380 000 km). Přesnost měření vzdálenosti laserovým radarem je dána délkou vysílaného impulsu, dosažitelnou přesností změření časového intervalu, geometrií měřeného objektu, konstrukcí a umístěním odražečů, přesností matematického modelu šíření optického záření atmosférou. Hodnota přesnosti se pohybuje od několika decimetrů dosahovaných při měření objektů bez odražečů, až k několika milimetrům při měření umělých družic Země. Výsledky těchto měření poskytují přesné hodnoty délek stran trojúhelníků pro astronomická úhlová měření, slouží dále ke studiu dynamiky Měsíce a umělých družic Země. Vyhodnocením dlouhodobých laserových družicových měření byl určen tvar zemského geoidu s přesností na 10 cm (uplatnění v geodézii). V geofyzice umožnila tato měření určit vzájemný pohyb částí pevnin (vzájemný pohyb kontinentů dosahuje rychlosti 4 až 5 cm za rok). Výsledky těchto měření jsou významné také pro seismologii. Jako laserové vysílače se v laserových radarech používají impulsní pevnolátkové lasery. Původně používaný rubínový laser (délka vysílaného impulsu desítky nanosekund (10^-9 sec) byl nahrazen Nd:YAG laserem s délkou impulsu o tři řády menší (desítky pikosekund 10^-12 sec) a nově pro velmi přesná měření - laserovým systémem titan safírovým s délkou impulsu v oblasti femtosekund (10^-15 sec).

V geodézii našly uplatnění také lasery helium-neonové. Používají se pro vytyčování tras na Zemském povrchu i v podzemí.

  

Obrázek 5: Schematické znázornění měření vzdálenosti umělých družic Země.

  

Obrázek 6: Měření vzdálenosti k umělé družici LAGEOS (LAser GEOdynamics Satellite).

Zpět: 5. Laser v měřící technice O úroveň výše: 5. Laser v měřící technice Pokračovat: 5.2 Laserový radar v ekologii