Amateur luna láser que van

Question

Preguntas en primer lugar, a continuación, mi estimaciones en bruto:

1) Es posible realizar la luna de láser que van con aficionados motorizado 114mm telescopio? Mis cálculos sugieren que para 1mJ láser debe recibir ~2 fotones por fuente de 1mJ pulso de láser.

2) Dado que ya estamos hablando de fotones individuales, ¿cómo era posible realizar luna láser que van ANTES de retro-reflectores fueron enviados a la luna? Retroreflector envía de nuevo la luz en ~1arcsecond ángulo, mientras que desnuda lunar sufrace - en ~6 archours, lo que significa que supone para recibir la señal ~(6*60*60)^2 = 4.5*10^8 más débil, es decir, incluso con 2,5 metros de telescopios, estamos hablando de 1 de fotones por cada 250 1J pulsos.

Mis estimaciones en bruto: Dado que la atmósfera de la turbulencia de los límites de telescopio resolución a ~1 segundo de arco (de óptica adaptativa no estaba disponible cuando láser que van experimentos comenzó, ni está disponible ahora para los aficionados), si usamos el telescopio con un diámetro más grande que la de ~150 mm (por lo que estamos limitados por la atmósfera, no difracción) para expandir el haz de láser, vamos a ver ~1939x1939 medidor de área iluminada en la superficie de la luna (tan(1arcsec)*400'000km). Lo que significa que sólo 1/(1939*1939) parte de nuestra energía va a llegar reflector.

Retroreflector es ~1x1 metro de tamaño. Va a reflejar la luz con la misma divergencia del haz - 1arcsecond. Demasiado triste, como límite de difracción para retro-reflector de tal tamaño es de ~0,2 segundos de arco.

Así, si nuestra recepción telescopio área de ~1 metro^2, vamos a recibir de nuevo 1/(1939*1939) parte de lo que llegó a la luna, así atenuación total es de ~ 1.4*10^13.

Si utilizamos 532nm láser de pulso con 1mJ energía de pulso, se emitirá 2.67*10^15 fotones, lo que significa que vamos a recibir ~190 fotones por pulso. Sonidos realistas.

Estos cálculos sugieren que 114mm telescopio de aficionado debería ser capaz de detectar 2 fotones por pulso - de nuevo deben ser detectables estadísticamente.

Answer 1

Por BarsMonsters la solicitud voy a ampliar mi comentario en una respuesta.

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Este mismo cálculo se ha realizado en un post en el blog Construido en los Hechos. Su conclusión es que los aficionados lunar que van no es factible con el láser a su disposición. (Especificaciones se dan en la cita.)

"Amateur Lunar Que Van? Hmm".

Valores típicos de los láseres de nosotros podría estar en algún lugar en el 1 milliradian gama. La distancia a la luna es de aproximadamente 400,000 km, por lo que la porción de la superficie lunar iluminado por el láser se acerca (0.001)*(400,000 km) = 400 kilómetros de diámetro. Esta es un área de alrededor de 125 mil millones de metros cuadrados. Si el retroreflector es un metro cuadrado, sólo alrededor de 1 parte en 10^11 de nuestra luz emitida, incluso lo hace con el reflector. Ahora la luz reflejada tiene que regresar a la tierra. Si estamos muy optimistas, podríamos decir que el reflector se introduce ningún extra angular de la propagación, y que refleja la luz que se extiende más de 400 km de diámetro de la superficie de la tierra. Para una primera aproximación, esto sólo significa que el total de ida y vuelta de la eficiencia es alrededor de 1 parte en 10^11)^2, o un fotón en 10^22.

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La energía de un fotón de longitud de onda l es:

$$\frac{1}{A}\frac{dp}{dt}=\frac{S}{c}$$

El láser nos gustaría que probablemente tiene una longitud de onda de 532 nanómetros, y conectarlo a la ecuación nos encontramos con que cada fotón tiene una energía de alrededor de 3.7 x 10^-19 julios. Por lo tanto, necesitaríamos alrededor de 1000 julios por pulso para llegar hasta el barrio de 10^22 de fotones por pulso. Y necesitamos 10^22 fotones sólo para obtener un fotón por pulso, en promedio.

Tenemos un par de compactos de 15 mJ/pulso q-switched Nd:YLF láseres con 1 KHz rep tasas, e incluso un par de no-tan-compacto de 2 J/pulso con un 10 Hz velocidad representante. Con 2 segundos de tiempo de ida y vuelta, la tasa de repetición no es tan relevante, ya que efectivamente se puede utilizar sólo un pulso por tiempo de ida y vuelta. Incluso 2 julios no se corte, a menos que estemos dispuestos a hacer muchos miles de disparos de la pena de estadísticas. Y eso sin siquiera pensar en el ruido, que no será insignificante incluso con un buen filtrado.

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Yo no puedo responder a su segunda pregunta, pero me pueden ayudar con un par de referencias. Vinculado desde el post anterior, hay un artículo en El Lunar que Van Experimento (PDF). La introducción da algo de la historia de la retroreflector las mediciones, así como los que van experimentos antes de la retroreflectors fueron colocados.

En 1962, Smullin y Fiocco (3) en el Instituto de Tecnología de Massachusetts tuvo éxito en la observación de pulsos de luz láser que se refleja desde la superficie lunar usando un láser con milisegundos de duración de los pulsos. Mediciones adicionales de este tipo fueron reportados por Grasyuk et al. (4) desde el Observatorio Astrofísico de Crimea, y más tarde Kokurin et al. reportado resultados exitosos (5) con un rubí Q-switched láser.

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(3): L. D. Smullin y G. Fiocco, Instituto de Ingenieros Eléctricos y Electrónicos los Procedimientos de 50, 1703 (1962).

(4): A. Z. Grasyuk, V. S. Zuev, Yu. L. Kokurin, P. G. Kryukov, V. V. Kurbasov, V. F. Lobanov, V. M Mozhzherin, A. N. Sukhanovskii, N. S. Chernykh, K. K. Chuvaev, Soviética Física Doklady 9, 192 (1964).

(5): Yu. L. Kokurin, V. V. Kurbasov, V. F. Lobanov, V. M. Mozhzherin, A. N. Sukhanovskii, N. S. Chernykh, Revista de Física Teórica y Experimental Cartas 3, 139 (1966). (enlace)

Answer 2

1) en Primer lugar, usted dijo que el telescopio sería > 150 mm de modo que la atmósfera es el límite, no de la difracción. Pero la pregunta era, ¿un 114 mm ámbito de trabajo? No sólo usted difracción limitada, pero en realidad el acoplamiento de todos los de la potencia del láser en el ámbito de aplicación, así como para conseguir que el nivel de colimación del haz de salida no es trivial. Es cierto, sin embargo, que esto no es tan malo como la respuesta afirma - se ignora la condición de que el rayo láser se ejecutan a través de un telescopio para reducir la divergencia. La respuesta de los cálculos suponen un 1 mrad divergencia, lo cual es razonable para una materia de rayo láser, pero no refleja los efectos de un expansor de haz.

2) lo que es Más importante, el retorno de los retros no es bueno para 1 arco-segundos. La divergencia se establece, no por el tamaño de la matriz, pero por el tamaño de los retros. En el caso de las matrices existentes, la divergencia del haz de retorno será de al menos 8 segundos de arco, por lo que su conteo de fotón debe ser reducido por un factor de 64.

3) Otro, menor de edad, el efecto de dispersión de Rayleigh. A 532 nm, un 45 grados de elevación se da alrededor de un 25% de pérdida en el poder (para el nivel del mar).

4) por último, en un operativo de la nota, con el objetivo de que el sistema no es trivial, por decir lo menos. Tienes que apuntar el haz bien lejos de la matriz para permitir llevar efectos, y no hay una buena manera de decirle lo que es necesario realizar una corrección si te echo de menos. Este fue un problema importante durante los primeros años de la LLR programa. En el lado positivo, el más grande de su huella del haz, más fácil es esto.