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Estabilização de lasers de semicondutores de modos bloqueados para metrologia de distância no espaço
Publication . Alves, D. Castro; Abreu, Manuel Adler Sanchez de
Nas atividades Aeroespaciais, existem diversas missões que requerem a operação de várias plataformas em formação de voo e em que a posição relativa dos diversos satélites tem de ser conhecida. Para isso são necessários sistemas de metrologia de distância absoluta e elevada exatidão, capazes de operar no ambiente hostil do Espaço. Existem diversas soluções baseadas em lasers que cumprem esse requisito. Os lasers que constituem esses sistemas são, na sua maioria, baseado em cristais como Nd:YAG NPRO. Embora sejam soluções bastantes robustas e com um grau de maturidade tecnológica elevado, são volumosos, relativamente pesados e com consumos relativamente elevados. Os sistemas de metrologia de elevada exatidão, em particular em todas as técnicas de medição de distância, dependem em absoluto da estabilidade de algumas características fundamentais das fontes laser, nomeadamente a sua frequência óptica, potência e frequência de repetição de impulsos. No contexto dos sistemas de metrologia de distância para o Espaço, os lasers de semicondutores de modos bloqueados apresentam algumas características bastante atrativas, tais como a reduzida dimensão, o reduzido peso e o baixo consumo energético. No entanto, estes tipos de laser não apresentam as características de estabilidade, nomeadamente as relativas à frequência de repetição de impulsos, necessárias à implementação de um sistema de metrologia de elevada exatidão. É objeto desta tese o estudo e desenvolvimento de técnicas de estabilização que permitam implementar um sistema de medição de distâncias absolutas compatível com os requisitos de formação em voo. Neste âmbito, foi estudada a técnica de metrologia baseada no varrimento da frequência do trem de impulsos do laser como base para a demonstração da viabilidade deste tipo de lasers em sistemas de metrologia. A escolha dos dispositivos a estudar resultou da avaliação de um conjunto de parâmetros operacionais definidos pelos requisitos da técnica de medição. O estudo dos processos de estabilização dos dispositivos foi realizado em três tipos de lasers de semicondutores de modos bloqueados, um de emissão vertical e dois de emissão transversal, quer com bombeamento óptico quer com bombeamento elétrico. Em certas situações, verificou-se que o estado da arte em termos do desenvolvimento tecnológico do dispositivo não é compatível com a sua utilização atual, nem num futuro próximo, como fonte emissora para missões espaciais. Noutras, foi possível implementar um extenso conjunto de montagens experimentais que permitiram medir e avaliar algumas das propriedades mais relevantes para o processo de medida, assim como estudar as técnicas de estabilização mais adequadas para cada caso. As técnicas de estabilização estudadas tiveram como foco a melhoria do seu espetro de RF, i.e., diminuir o ‘jitter’ do trem de impulsos. Do conjunto de técnicas de estabilização conhecidas, nem todas podem ser implementadas em todos os lasers. Foram assim estudadas as técnicas mais relevantes em cada caso e o seu impacto nas caraterísticas do laser. Tendo em conta os resultados obtidos, foi possível verificar que estes tipos de lasers são compatíveis com a técnica de medição de distâncias absolutas apresentada, quer a nível do modelo teórico, quer a nível experimental, atingindo os níveis de precisão e distância esperados. Os resultados positivos obtidos validam a tese de que os lasers de semicondutores de modos bloqueados reúnem as necessárias condições para serem utilizados em metrologia de distâncias longas e absolutas no Espaço.
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SFRH
Número da atribuição
SFRH/BD/61003/2009