PL222897B1 - Układ do detekcji sygnałów RF - Google Patents

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest układ do detekcji sygnałów RF, przeznaczony do wykrywania i pomiaru sygnałów elektromagnetycznych nadawanych w pasmach radiowych o częstotliwości w zakresie od 3 kHz do 300 GHz, mający zastosowanie w telekomunikacji w technice wojskowej i cywilnej.

Z opisu patentowego US4503388 znany jest układ do detekcji sygnałów RF (radio frequency) wykorzystujący ugięcie spójnej wiązki światła na siatce dyfrakcyjnej generowanej w elemencie akusto-optycznym wskutek rozchodzącej się w nim fali akustycznej. Fala akustyczna jest wzbudzana przez przetwornik piezoelektryczny połączony z anteną. Element akusto-optyczny powoduje ugięcie wiązki światła proporcjonalne do częstotliwości sygnału RF. Za elementem akusto-optycznym na drodze ugiętej wiązki światła jest umieszczona soczewka skupiająca, wzmacniacz półprzewodnikowy i detektor złożony z fotolinijki elementów światłoczułych. W skład układu do detekcji sygnałów RF wchodzi laser monochromatyczny emitujący wiązkę światła o określonej długości fali, zależnej od rodzaju ośrodka czynnego. W typowym wykonaniu jest to laser wykonany w układzie rezonatora, złożony z układu pompowania ośrodka czynnego umieszczonego we wnęce rezonansowej pomiędzy układem równoległych zwierciadeł, z których jedno stanowi częściowo przepuszczalne zwierciadło wyjściowe. W wyniku pompowania ośrodka czynnego i inwersji obsadzeń uzyskuje się emisję wymuszoną fotonów. Zwierciadła powodują zawracanie części emitowanych fotonów do ośrodka czynnego. Taki układ optyczny stanowi rodzaj rezonatora dla danej częstotliwości fal elektromagnetycznych.

Wadą tego typu układów do detekcji sygnałów RF jest ograniczony zakres zastosowania i konieczność stosowania skomplikowanych wzmacniaczy światła laserowego.

Układ do detekcji sygnałów RF, wyposażony w element akusto-optyczny uginający wiązkę światła emitowaną w układzie rezonatora lasera monochromatycznego, soczewkę skupiającą umieszczoną na drodze ugiętej wiązki światła pomiędzy elementem akusto-optycznym i wielosegmentowym fotodetekorem, przy czym w skład elementu akusto-optycznego wchodzi przetwornik piezoelektryczy połączony z anteną, według wynalazku charakteryzuje się tym, że element akusto-optyczny jest umieszczony wraz soczewką skupiającą w układzie rezonatora pomiędzy ośrodkiem czynnym a m acierzą światłowodów, które to światłowody tworzą częściowo przepuszczalne zwierciadło wyjściowe zintegrowane z wielosegmentowym fotodetektorem, przy czym czoła światłowodów są usytuowane w kierunku prostopadłym do kierunku padającej wiązki światła i pokryte warstwą częściowo odbijającą światło, a przeciwne końce światłowodów są przyłączone do wielosegmentowego detektora.

Korzystnym jest, jeżeli czoła światłowodów wchodzących w skład macierzy tworzą formę zwierciadła kulistego wklęsłego skierowanego w stronę soczewki skupiającej. W szczególności czoła światłowodów tworzących formę zwierciadła kulistego wklęsłego są usytuowane w jednej płaszczyźnie prostopadłej do ich powierzchni.

Korzystnym jest, jeżeli powierzchnia soczewki skupiającej jest pokryta warstwą antyodblaskową.

Korzystnym jest także, jeżeli każdy światłowód w macierzy światłowodów jest przyłączony do innego elementu światłoczułego wielosegmentowego fotodedektora.

W rozwiązaniu według wynalazku element akusto-optyczny wchodzi w skład układu rezonatora lasera monochromatycznego, powodując zmianę kierunku propagacji wiązki we wnęce rezonansowej, a macierz światłowodów jest uformowana tak, że każdy światłowód może pracować jako fragment zwierciadła wyjściowego rezonatora w zależności od kąta ugięcia wiązki światła przez element akusto-optyczny. W takim układzie rezonatora wzmocnione zostaje tylko to światło, które pada prostopadle na czoło światłowodu. Światło to zostaje zarejestrowane na elementach światłoczułych wielosegmentowego detektora. Dzięki selektywnemu wzmocnieniu sygnału propagującego się w określonym kierunku, to jest dla danego kąta ugięcia wiązki światła, możliwe jest zarejestrowanie nawet bardzo słabych sygnałów. Na podstawie rozkładu sygnału można określić kąt ugięcia wiązki, a tym samym p arametry sygnału RF w całym zakresie pasm radiowych fal elektromagnetycznych przy bardzo wysokim stosunku sygnału do szumu.

Wynalazek jest uwidoczniony w przykładzie wykonania na rysunku przedstawiającym schematycznie układ do detekcji sygnałów RF.

Układ do detekcji sygnałów RF jest wyposażony w element akusto-optyczny 4 umieszczony wraz soczewką skupiającą 7 w układzie rezonatora lasera monochromatycznego pomiędzy ośrodkiem czynnym 1 a macierzą światłowodów 5, które tworzą częściowo przepuszczalne zwierciadło wyjściowe

PL 222 897 B1 zintegrowane z wielosegmentowym fotodetektorem 6. W skład elementu akusto-optycznego 4 wchodzi przetwornik piezoelektryczy połączony z anteną odbierającą sygnały RF. Element akusto-optyczny 4 ugina wiązkę światła emitowaną w układzie rezonatora w kierunku soczewkę skupiającej 7, a ta ogniskuje przechodzącą wiązkę światła na fragmencie macierzy światłowodów 5. Czoła światłowodów 5 są usytuowane w kierunku prostopadłym do kierunku padającej wiązki światła i pokryte warstwą częściowo odbijającą światło, a przeciwne końce światłowodów 5 są przyłączone do wielosegmentowego fotodetektora 6. Wielosegmentowy fotodetekor 6 może być wykonany w kształcie fotolinijki, matrycy, lub innego zestawu elementów światłoczułych. Czoła światłowodów 5 wchodzących w skład macierzy światłowodów 5 tworzą formę zwierciadła kulistego wklęsłego skierowanego w stronę soczewki skupiającej 7. Takie zwierciadło może być wykonane z jednego rzędu światłowodów 5 z czołami usytuowanymi w jednej płaszczyźnie prostopadłej do ich powierzchni. Może to być zwierciadło kuliste wykonane w technologii przestrzennej lub planarnej. W przypadku technologii planarnej, światłowody 5 będą wykonane w postaci specjalnie zaprojektowanych światłowodów planarnych. Powierzchnia soczewki skupiającej 7 powinna być pokryta odpowiednią warstwą antyodblaskową w celu uniknięcia zainicjowania akcji laserowej na tym elemencie układu.

W skład zastosowanego układu rezonatora lasera monochromatycznego wchodzi układ pompowania 2 ośrodka czynnego 1 i zwierciadło odbijające 3 o współczynniku odbicia 100%. Układ pompowania 2 może wykorzystywać oświetlacze diodowe bądź lampy błyskowe do oświetlania ośrodka czynnego 1 w postaci kryształu, czego efektem jest wzbudzenie ośrodka czynnego 1 i uzyskanie inwersji obsadzeń. Na skutek emisji spontanicznej fotony z ośrodka czynnego 1 emitowane są we wszystkich kierunkach. Część z nich pada na układ akusto-optyczny 4, w którym sygnały RF ulegają przetworzeniu na sygnały akustyczne. Powodują one wytworzenie przestrzennej siatki dyfrakcyjnej poprzez periodyczne zagęszczenie i rozrzedzenie materiału elementu akusto-optycznego 4. Fotony emitowane spontanicznie z ośrodka czynnego 1 podając na wytworzoną siatkę dyfrakcyjną ulegają zjawisku dyfrakcji. Kąt ugięcia wiązki światła, dla danej długości fali zależy od okresu siatki dyfrakcyjnej. Ugięta wiązka światła jest częściowo odbijana od fragmentu macierzy światłowodów 5. Napylona na czoła światłowodów 5 warstwa powinna odbijać około 60% padającego światła. Światło odbite od światłowodu 5, którego czoło jest ustawione prostopadle do kierunku padającej wiązki, wraca do układu rezonatora rozpoczynając akcję laserowania ośrodka czynnego 1. Powoduje to znaczne wzmocnienie natężenia wiązki światła emitowanej w danym kierunku wynikającym z kąta jej ugięcia na siatce dyfrakcyjnej. Soczewka skupiająca 7 umieszczona na drodze ugiętej wiązki światła ma na celu zogniskowanie światła na światłowodach 5, zwiększając tym samym rozdzielczość układu w dziedzinie częstotliwości. Część światła przepuszczanego przez światłowody 5 trafia do wielosegmentowego fotodedektora 6 z elementami światłoczułymi mierzącymi natężenie światła propagującego się w k ażdym ze światłowodów 5. Poprzez porównanie sygnałów z poszczególnych fotoelementów można określić kąt ugięcia wiązki przez siatkę dyfrakcyjną, a tym samym znając długość fali lasera określić parametry sygnału RF doprowadzonego do układu akusto-optycznego 4.

Claims (5)

Zastrzeżenia patentowe

1. Układ do detekcji sygnałów RF, wyposażony w element akusto-optyczny uginający wiązkę światła emitowaną w układzie rezonatora lasera monochromatycznego, soczewkę skupiającą umieszczoną na drodze ugiętej wiązki światła pomiędzy elementem akusto-optycznym i wielosegmentowym fotodetekorem, przy czym w skład elementu akusto-optycznego wchodzi przetwornik piezoelektryczny połączony z anteną, znamienny tym, że element akusto-optyczny (4) jest umieszczony wraz z soczewką skupiającą (7) w układzie rezonatora pomiędzy ośrodkiem czynnym (1) a macierzą światłowodów (5), które to światłowody (5) tworzą częściowo przepuszczalne zwierciadło wyjściowe zintegrowane z wielosegmentowym fotodetektorem (6), przy czym czoła światłowodów (5) są usytuowane w kierunku prostopadłym do kierunku padającej wiązki światła i pokryte warstwą częściowo odbijającą światło, a przeciwne końce światłowodów (5) są przyłączone do wielosegmentowego detektora (6).

2. Układ według zastrz. 1, znamienny tym, że czoła światłowodów (5) wchodzących w skład macierzy tworzą formę zwierciadła kulistego wklęsłego skierowanego w stronę soczewki skupiającej (7).

PL 222 897 B1

3. Układ według zastrz. 2, znamienny tym, że czoła światłowodów (5) tworzących formę zwierciadła kulistego wklęsłego są usytuowane w jednej płaszczyźnie prostopadłej do ich powierzchni.

4. Układ według zastrz. 1, znamienny tym, że powierzchnia soczewki skupiającej (7) jest pokryta warstwą antyodblaskową.

5. Układ według zastrz. 1, znamienny tym, że każdy światłowód (5) w macierzy światłowodów (5) jest przyłączony do innego elementu światłoczułego wielosegmentowego fotodedektora (6).