DE1801284B2 - Verfahren und vorrichtung zum aufbereiten von signalgen - Google Patents

Description

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wird, dann ist das Ausgangssigna Im Eingangssignal erheblich ve™n«tert

S-ä

Der Intensitätsmodulalor 12 kann durch eine Kerr-2elle oder durch eine Pockels-Zelle gebildet sein, die zwischen Kreuz-Polarisatoren angeordnet ist. Der Modulator 12 kann aber auch einfach durch eine sich drehende Scheibe mit einem oder mehreren Löchern gebildet sein, durch das bzw. durch die der Laserstrahl hindurchgeführt werden kann.

Der optische Abtaster 14 kann durch eine Schallzelle gebildet sein, in welcher eine Schallwelle eine

Brechungsindexänderung bewirkt, die zur Brechung

bzw. Beugung und damit zur Ablenkung des Laserstrahls führt. Optische Ablenkeinrichtungen, wie

Prismen und Rotationsspiegel, sind ebenfalls bekannt.
Der optische Abtaster 14 ist vorzugsweise im Brenn- gangssignai iu su«u ι .^_n -.-

punkt einer Linse 16 angeordnet, so daß jeder im t₅ zwar entsprechend folgenden Gleichungen

Brennpunkt der Linse 16 auftretende Laserstrahl par-

axial abgegeben wird. Dadurch erfolgt durch den

optischen Abtaster 14 eine Transformation der Winkelverschiebung des Laserstrahls in eine Seitenverichiebung.

Der mit einer Frequenz Vi auftretende Laserstrahl

wird dann durch eine Schallzelle 18 hindurchgeleitet,

die einfach durch einen Quarz-Verzögerüngsstab oder

durch eine mit einer Flüssigkeit gefüllte Zelle gebildet

er-

der

keil V₁ über djie
von der Schallwe»^e
gangss.gnal in ^M'"^ef
hd f

/o = /((/- vi/v.) _fo = /,/(/ - vi/ V₅)

ι Magnetbandgerät. L konstanter Geschwindigbewegt, währenddessen er wird, so wird das Aus-Zeit geändert, und

(D (2)

_di_e Frequenz und die ^ Angs

, _A s , _di_e Frq

Hierin geben fi, H und To,, _, ^ Ausgangs-

Zeitdauer *» ^EinWÄ _die Schallgeschwindig-

die einfach Qgg signa s an, und v, °fzeicnn _Abtastgeschwindigkeit v,

durch eine mit einer Flüssigkeit gefüllte Zelle gebüdet keit in der SchalizeHe. D e Abtas g _der

sein kann An der Schallzelle 18 ist ein Schallwandler20 ,_s ist als positive Geschwindigkeit m α angeordnet, der durch ein mit der Frequenz V. auf- Geschwindigkeit v. dehnen. _Ausgangssignal

tretendes Eingangssignal betätigt wird, wodurch in der Ist fi kiemer als Null, sems ^ _Wa>

Schallzelle eine Ultraschallwelle mit einer Frequenz zeitlich gepreßt und inder^eque

von z. B. 100 MHz angeregt wird. ten hin ^f^n. Ist ^^ gto· .er ^ _g

Mit Durchlaufen der Schallzelle 18 schneidet die 30 Wert großer als Null so ist^a s _hoben. _{Ist Vl}

Schallwelle den abtastenden Laserstrahl, der dadurch und zu niedrigen F^uenzjn Beugungsgitter still

gebrochen wird. Die Schallwelle wirkt dabei ähnlich h da

tvie ein sich bewegendes Beugungsgitter. Zufolge des

Beugungseffektes werden ein nicht gebeugter Laser-

strahl und eine Anzahl von gebeugten Laserstrahlen

und

gleich ^, so

und bewirkt keJⁿ«

dem Lieh ^Bei

^ _hoben. _{Ist Vl}

igen F^uenzjn Beugungsgitter still steht d«^a _erschiebung bei

P ^ _{VJ ist} das Ausgangse f , _{ößer a}ls v, und v, _das Au"sgangssignal zeitlich in-

stimm Jas Abgag
des tingangssigiuu:>

und Z-I st ν; gleich 2v₅, so seiner Dauer mit der zeitlich in-

_ucl nicht gebeugte Laserstrahl und einer der ge- vertiert gedehnt

beugten Laserstrahlen gelangen zu einer Linse 22 hin, verschoben. 1st ι,

die die ihr zugeführten Laserstrahlen auf einen opti- signal zeitlicn ι

sehen Detektor 24, der durch eine Fotodiode gebildet sein kann, fokussiert. Durch an sich bekannte Einrichtungen überlagern sich die beiden Laserstrahlen bei

dem optischen Detektor. Dadurch wird eine Hopper- ^ver^_r ^rtB_eumnKSwinkel zwischen dem nicht gebeugten

frequenzverschiebung bei dem gebeugten Lichtstrahl DerBeugungmj gebeugten Laserstrahlen

hervorgerufen, und zwar zufolge der wandernden 45 LasertraW und em em dg »_kustischen Bee.n-

Schallwelle. Dies bedeutet, daß das von dem opuschen ander: s,A ™™ge ^ ^ ^„^ _wenn die

praktischen' Anwendungsfälle ergeben -ch teihv,, Frequenzänderungen bei dem gebeugten L, htstrah

Anwendung von Bragg-Winkelbeugungsverfahisn auf-

einem Magnetband-Auf zeichnungsgerat und die Schall- f requen es Ausgang g ^ ^^ ^ _{

welle entspricht einem auf einem sich bewegenden f« ~J angewandte Bewertungsgröße

Magnetband aufgezeichneten Signal. Wenn das Ma- P" f'^'^andbreite-Produkt dar. Im vorliegengnefband an det. jeweils vorgesehenen Lesekopf mit J J f^{e Ba} _{Bandbreile im} wesentlichen durch die derselben Geschwindigkeit und m derselben Richtung 6₅ den FaI>s_g*^c ™_cha„_{durchgangszeit} durch die Lavorbeigeführt wird wie an dem bei der Aufzeichnung Um eg Qe _{Die maxima},_{e Emgangs}.

Schallwelle, uies dcucuici, uau uu -.^,,, ,_JV.... „,

Detektor abgegebene Ausgangssignal ein gedehntes, gepreßtes oder zeii'ich invertiertes Signal darstellt und demgemäß ein dem Schallweliensignal entsprechendes, in dei Frequenz verschobenes Signal.

Steht der Laserstrahl still, so stellt das Ausgangssignal des Fotodetektors 24 ein Abbild des Originat-Schallwellensignals dar, und zwar hinsichtlich der Frequenz und der Zeitdauer, wenn der Laserstrahl von der Schallwelle gekreuzt wird.

Bezüglich der in der Schallzeüe 18 sich ausbreitenden Schallwelle dürfte sicher einzusehen sein, daß diese Schallwelle in irgendeiner gewünschten Weise durch eine geeignete Laserstrahlbeeinflussung ausge-

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barer Länge der Schallzelle und der Schalldurchgangs- brauchen. Der Zweck der Linsen besteht darin, unter i

zeit gegeben. Damit ist das Zeit-Bandbreite-Produkt verschieden großen Einfallswinkeln auf die Schallzelle |

lediglich durch den Quotienten aus der Länge der auftreffende Laserstrahlen zu fokussieren und die |

Schallzelle und der Laserstrahlbreite gegeben. Die Laserstrahlen winkelmäßig verteilt auf den optischen

normierte Bandbreite des Ausgangssignals ist gemäß 5 Abtaster 24 zu fokussieren. An Stelle oder zusätzlich

der Erfindung eine Konstante. zu einer Linse können auch Spiegel verwendet werden.

Auf Grund von experimentellen Untersuchungen bei In einigen Anwendungsfällen kann in den Strahleneiner Vorrichtung gemäß der Erfindung ermittelte Er- gang des Lasers ein Teleskop oder eine Linse 11 eingebnisse sind in F i g. 2 veranschaulicht. Für die be- geführt werden, um dem Laserstrahl einen geringen treffenden Untersuchungen wurde ein ein Rotations- ίο Konvergenzwinkel zu geben und damit den Lichtstrahl spiegel enthaltender optischer Abtaster verwendet, der auf die Schallzelle 18 zu fokussieren. Wählt man den durch einen Hysteresemotor angetrieben wurde. Die Konvergenzwinkel ein wenig größer als den Beugungs-Brennweite der Linse 16 betrug 104 cm, und die Ab- winkel, so tritt eine erhebliche Überlappung der von tastgeschwindigkeit v» der Schallzelle betrug 6,6 · 10⁸ der Schallzelle abgegebenen divergierenden gebeugten cm/sec. Als Schallzelle 18 diente Quarzglas mit einem 15 und nicht gebeugten Laserstrahlen auf. Ferner tritt Quarzwandler 20. eine Überlagerung auf, derzufolge sich eine Doppler-

In F i g. 2 A sind die Ergebnisse einer Zeitpressung frequenzverschiebung ergibt. Diese neue Art der Über-

bei einem 21-MHz-Impuls veranschaulicht. In diesem lagerung ist im Bereich niedriger Frequenzen bei

Fall betrugen die Geschwindigkeiten v_# = 3,82 · 10^s kleinem Beugungswinkel sehr brauchbar,

cm/sec und vj = —6,6 · 10⁶ cm/sec. Aus den an- ao Bei oberhalb von etwa 150 MHz auftretenden

gegebenen Gleichungen folgt, daß das Ausgangs- Schallfrequenzen tritt an Stelle einer normalen Beu-

signal mit einer Frequenz von 58 MHz bei einer Zeit- gung eine Bragg-Winkel-Beugung auf. Dabei tritt

pressung von 2,7 : 1 auftritt. lediglich ein gebeugter Laserstrahl auf. Der Beugungs-

F ig. 2 B zeigt die Ergebnisse eines Experimentes winkel ist dabei größer als bei niedrigen Frequenzen, mit einem zeitlich invertierten und gedehnten Impuls. 35 Eine Fokussierung auf den optischen Detektor und Die Geschwindigkeit vj betrug 1,7 v,. Dies bedeutet, eine Überlagerung zufolge der Überlappung der daß mit der Abgabe jedes Impulses in der Schallzelle Laserstrahlen der Ordnung 0 und der Ordnung 1 ist der Laserstrahl durch diese Schallzelle von der Hinter- hier nicht zweckmäßig, weshalb andere Überlagerungsseite zu der Vorderseite hin abgelenkt wird. Dadurch arten erforderlich sein dürften. Innerhalb begrenzter wird das Ausgangssignal zeitlich invertiert; es tritt mit 30 Frequenzbereiche können auch Spiegel benutzt werden, einer dem 0,7fachen seiner Eingangsfrequenz ent- um die Laserstrahlen auf den Detektor zu fokussieren, sprechenden Frequenz auf. Demgemäß ist das Aus- In entsprechender Weise können auch andere bekannte gangssignal also gedehnt. Überlagerungsprinzipien angewendet werden.

Es sei darauf hingewiesen, daß die Linsen 16 und 22 Abschließend sei noch bemerkt, daß mehr als ein

in dem Fall, daß der Abtastwinkel des Laserstrahls 35 Laserstrahl und mehr als ein Eingangssignalkanal vor-

sehr gering ist, nicht unbedingt vorgesehen zu sein gesehen sein können.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (9)

1 2 Ein Verfahren der vorstehend betrachteten Art ist Patentansprüche: bereits bekannt (»IEEE International Convention Record« [11] 1967, S. 69 bis 77). Bei diesem bekannten

1. Verfahren zum Aufbereiten von Signalen, bei Verfahren erfolgt eine Modulation des durch eine dem ein Laserstrahl quer durch von den Signalen 5 Schallzelle hindurchgeleiteten Laserstrahls durch ein in einer Schallzelle erzeugte Schallwellen so hin- an die betreffende Schallzelle angelegtes gegebenendurchgeleitet wird, daß gebeugte und ungebeugte falls moduliertes Signal. Dieser modulierte Lasersirahl Laserstrahlen entstehen, und bei dem die gebeugten wird dann von einem Photodetektor aufgenommen, und ungebeugten Laserstrahlen anschließend ein- der das Modulationssignal des Laserstrahls als Ausander überlagert werden, dadurchgekenn- io gangssignal abgibt.

zeichnet, daß die von den Signalen erzeugten Er. ist ferner ein Steuerangs- oder Modulations-Schallwellen von dem Laserstrahl in oder entgegen verfahren eines optischen Senders oder Verstärkers ihrer Ausbreitungsrichtung abgetastet werden. bekannt (deutsche Auslegeschrift 1194 494), bei dem

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch ge- ein Laserstrahl quer durch von Signalen in einer kennzeichnet, daß die Schallwellen mit einer Ge- 15 Schallzelle erzeugte Schallwellen hindurchgeleitet wird, schwindigkeit abgetastet werden, die gleich ihrer Auch bei diesem bekannten Verfahren erfolgt eben-Ausbreitungsgesch windigkeit ist. falls lediglich eine Modulation des Laserstrahls durch

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn- das an die Schallzelle angelegte Signal.

zeichnet, daß die Schallwellen mit einer Geschwin- Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen

digkeit abgetastet werden, die größer oder kleiner 20 Weg zu zeigen, wie bei einem Verfahren der eingangs

als ihre Ausbreitungsgeschwindigkeit ist. genannten Art kontinuierlich eine variable Zeit-

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn- pressung. Zeitdehnung bzw. Invertierung der Signale zeichnet, daß die Schallwelle in ihrer Ausbreitungs- vorgenommen werden kann.

richtung mit einer Geschwindigkeit abgetastet wird, Gelöst wird die vorstehend aufgezeigte Aufgabe bei

die gleich dem Zweifachen ihrer Ausbreitungs- 25 einem Verfahren der eingangs genannten Art erfin-

geschwindigkeit ist. dungsgemäß dadurch, daß die von den Signalen er-

5. Vorrichtung «.ur Durchführung des Verfah- zeugten Schallwellen von dem Laserstrahl in oder entrens nach einem der Ansprüche 1 bis 4 mit einer gegen ihrer Ausbreitungsrichtung abgetastet werden, einen Laserstrahl erzeugenden Vorrichtung, einer Die Erfindung bringt den Vorteil mit sich, daß sie in dem Strahlengang des Laserstrahl angeordneten 30 auf relativ einfache Weise einen Eingangsimpuls nicht Schallzelle, die in sie eingegebene Signale in Schall- nur zeitverzögert zu komprimieren oder zu dehnen wellen umwandelt, und mit der Schallzelle nach- gestattet, sondern ihn z. B. auch noch zu invertieren geordneten Einrichtungen, die die aus der Schall- erlaubt.

zelle austretenden gebeugten und ungebeugten Zur Durchführung des Verfahrens gemäß der Erfin-Laserstrahlen einander überlagern und auf eine 35 dung ist es zweckmäßig, eine Vorrichtung mit einer lichtempfindliche Einheit werfen, dadurch gekenn- einen Laserstrahl erzeugenden Vorrichtung, einer in zeichnet, daß zwischen der den Laserstrahl er- dem Strahlengang des Laserstrahls angeordneten zeugenden Vorrichtung (10) und der Schallzelle (18) Schallzelle, die in sie eingegebene Signale in Schalieine Ablenkeinrichtung (14) zum Ablenken des wellen umwandelt, und mit der Schallzelle nach geord-Laserstrahls in oder entgegen der Ausbreitungs- 40 noten Einrichtungen, die die aus der Schallzelle ausrichtung der Schallwellen angeordnet ist. tretenden gebeugten und ungebeugten Laserstrahlen

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch ge- einander überlagern und auf eine lichtempfindliche kennzeichnet, daß die Schallzelle (18) durch einen Einheit werfen, zu verwenden. Diese Vorrichtung ist Kristallstab gebildet ist. an dessen einem Ende dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der den Laserein Wandler (20) vorgesehen ist, der auf ein Signal 45 strahl erzeugenden Vorrichtung und der Schallzelle (v.) hin in dem Kristallstab Schwingungen erzeugt. eine Ablenkvorrichtung zum Ablenken des Laser-

7. Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch Strahls in oder entgegen der Ausbreitungsrichtung der gekennzeichnet, daß zur Fokussierung der Laser- Schallwellen angeordnet ist. Hierdurch ist mit relativ strahlen (17; r, _: v„) auf die lichtempfindliche Ein- geringem konstruktivem Aufwand eine Abtastung der heit (24) eine Linse (22) vorgesehen ist. 50 von den Signalen jeweils erzeugten Schallwellen durch

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis den Laserstrahl ermöglicht.

7. dadurch gekennzeichnet, daß zur Fokussierung Die Erfindung wird nachstehend an Hand eines in des Laserstrahls (n) auf die Schallzelle (18) eine der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels beweitere Linse (16) vorgesehen ist. schrieben.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 55 F i g. 1 zeigt schematisch ein bevorzugtes Ausfüh-

8, dadurch gekennzeichnet, daß eine Linse (11) rungsbeispiel einer einen Laserstrahl benutzenden Vorvorgesehen ist. die dem Laserstrahl (vj) einen ge- richtung gemäß der Erfindung zur kontinuierlichen ringen Konvergenzwinkel gibt. veränderbaren Zeitpressung, zur Zeitdehnung und

Zeitinvertierung akustischer Signale;

—— 60 F i g. 2 zeigt den typischen Verlauf von experimentell ermittelten Kurven bei der Zeitpressung, Zeit-

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum dehnung und Zeitinvertierung eines Eingangssignals.
Aufbereiten von Signalen, bei dem ein Laserstrahl In F i g. 1 ist eine an sich bekannte Vorrichtung 10 quer durch von den Signalen in einer Schallzelle er- zum Erzeugen eines Laserstrahls gezeigt. Der Laserzeugte Schallwellen so hindurchgeleitet wird, daß ge- 65 strahl wird durch einen Intensitätsmodulator 12 und beugte und ungebeugte Laserstrahlen entstehen und durch einen optischen Abtaster 14, der eine Aufwärtsbii dem die gebeugten und ungebeugten Strahlen an- und Abwärtsabtastbewegung des Laserstrahls bewirkt, einander überlagert werden. hindurchgeführt.