RU119123U1 - ACOUSTOPTIC RADIO SIGNAL METER - Google Patents
ACOUSTOPTIC RADIO SIGNAL METER Download PDFInfo
- Publication number
- RU119123U1 RU119123U1 RU2011132997/28U RU2011132997U RU119123U1 RU 119123 U1 RU119123 U1 RU 119123U1 RU 2011132997/28 U RU2011132997/28 U RU 2011132997/28U RU 2011132997 U RU2011132997 U RU 2011132997U RU 119123 U1 RU119123 U1 RU 119123U1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- acousto
- deflector
- optic
- radio signal
- input
- Prior art date
Links
Landscapes
- Photometry And Measurement Of Optical Pulse Characteristics (AREA)
Abstract
Акустооптический измеритель параметров радиосигналов, содержащий последовательно на оптической оси расположенные лазер, коллиматор, акустооптический дефлектор, на оптический вход которого лазерное излучение падает под углом Брэгга, а на электрический вход дефлектора через его пьезопреобразователь подается измеряемый радиосигнал, причем по направлению дифрагированного лазерного излучения последовательно включены интегрирующая линза, линейка фотоприемных устройств, выходы которых через набор видеоусилителей и набор пороговых устройств соединены с входом шифратора, отличающийся тем, что между коллиматором и дефлектором размещена призма Кестерса, обеспечивающая падение света на оптический вход акустооптического дефлектора одновременно как под положительным, так и под отрицательным углом Брэгга, а сам акустооптический дефлектор выполнен на основе LiNbO3 с косым углом среза, равным β, и аномальной дифракцией, характеризуемой наличием двух одинаковых полос пропускания ΔfΣ1 и ΔfΣ2 вблизи отличающихся частот перегиба f01 и f02, задаваемых соответствующей величиной угла β и между собой взаимосвязанных посредством f02-f01≃ΔfΣ1≃ΔfΣ2, причем протяженность по свету пьезопреобразователя акустооптического дефлектора выбрана из условия совмещения полос ΔfΣ1 и ΔfΣ2 по заданному уровню неравномерности дифракционной эффективности. An acousto-optic meter of radio signal parameters, containing a laser, a collimator, an acousto-optic deflector in series on the optical axis, at the optical input of which the laser radiation falls at the Bragg angle, and the measured radio signal is fed to the electrical input of the deflector through its piezoelectric transducer, and in the direction of the diffracted laser radiation, the integrating lens, a line of photodetectors, the outputs of which are connected through a set of video amplifiers and a set of threshold devices to the input of the encoder, characterized in that a Kesters prism is placed between the collimator and the deflector, providing light incidence on the optical input of the acousto-optic deflector simultaneously at both positive and negative angles Bragg, and the acousto-optic deflector itself is made on the basis of LiNbO3 with an oblique cut angle equal to β, and anomalous diffraction, characterized by the presence of two identical passbands ΔfΣ1 and ΔfΣ2 near the differences frequency bending f01 and f02, set by the corresponding value of the angle β and interconnected by f02-f01
Description
Предполагаемая полезная модель относится к радиоизмерительной технике и может быть использовано в качестве высокоточного измерителя частотных параметров радиосигналов в широкополосных системах связи, пеленгации и радиотехнической разведке.The proposed utility model relates to radio measurement technology and can be used as a high-precision meter for the frequency parameters of radio signals in broadband communication systems, direction finding and radio intelligence.
Известен акустооптический (АО) анализатор спектра с пространственным интегрированием [Оптическая обработка радиосигналов в реальном времени // О.Б.Гусев, С.В.Кулаков, Б.П.Разживин, Д.В.Тигин; под ред. Кулакова С.В. - М.: Радио и связь. - 1989. - с.48], в состав которого входят последовательно включенные по свету лазер, конденсор и коллиматор, образующие оптический каскад перехода от лазерного пучка к плоской световой волне заданной апертуры, акустооптический дефлектор (АОД), на электрический вход которого подается измеряемый радиосигнал, Фурье-линза и регистрирующее устройство в виде линейки фотоприемников.Known acousto-optical (AO) spectrum analyzer with spatial integration [Optical processing of radio signals in real time // O. B. Gusev, S. V. Kulakov, B. P. Razzhivin, D. V. Tigin; under the editorship of Kulakova S.V. - M .: Radio and communication. - 1989. - p. 48], which includes a laser, a condenser and a collimator that are connected in series over the light, forming an optical cascade of the transition from a laser beam to a plane light wave of a given aperture, an acousto-optical deflector (AOD), to the electrical input of which a measured radio signal is supplied , Fourier lens and a recording device in the form of a line of photodetectors.
Причиной, препятствующей достижению аналогом технического результата, является его недостаточная полоса рабочих частот и незначительная чувствительность, являющаяся в диапазоне СВЧ следствием малой дифракционной эффективности входящего в состав анализатора спектра АОД.The reason that prevents the analogue from achieving a technical result is its insufficient operating frequency band and insignificant sensitivity, which is a result of the low diffraction efficiency of the AOD spectrum analyzer in the microwave range.
Признаками аналога, совпадающими с признаками предполагаемой полезной модели, являются последовательно по свету включенные лазер, коллиматор, акустооптический дефлектор, Фурье-линза, осуществляющая Фурье преобразование светового сигнала, находящегося в плоскости акустооптического дефлектора и регистрирующее устройство в виде линейки фотоприемников.Signs of an analogue that coincide with the features of the proposed utility model include a laser, a collimator, an acousto-optic deflector, a Fourier lens that implements the Fourier transform of a light signal located in the plane of the acousto-optic deflector and a recording device in the form of a line of photodetectors in series with respect to light.
Известен также акустооптический частотомер [а.с. СССР №126636, МКИ 4 G01R 23/16. Акустооптический частотомер. Вернигоров Н.С., Задорин А.С., Шарангович С.Н.; опуб. 23.10.1986 г. в бюл. №39]. Устройство содержит последовательно расположенные на оптической оси лазер, коллиматор, АОД, линзу и позиционно-чувствительный фотоприемник, причем между коллиматором и АОД на половине световой апертуры расположено устройство сдвига частоты излучения лазера, а к выходам позиционно-чувствительного фотоприемника подключены фазометры, первые входы которых нагружены на соответствующие выходы фотоприемников, а вторые входы подключены к фотоприемнику, расположенному на оптической оси частотомера.Also known acousto-optical frequency meter [a.s. USSR No. 126636, MKI 4 G01R 23/16. Acousto-optic frequency meter. Vernigorov N.S., Zadorin A.S., Sharangovich S.N .; publ. 10/23/1986 in bull. No. 39]. The device contains a laser, a collimator, an AOD, a lens and a position-sensitive photodetector sequentially located on the optical axis, and a device for shifting the laser radiation frequency is located between the collimator and AOD at half the light aperture, and phase meters are connected to the outputs of the position-sensitive photodetector, the first inputs of which are loaded to the respective outputs of the photodetectors, and the second inputs are connected to the photodetector located on the optical axis of the frequency meter.
Причиной, препятствующей достижению требуемого технического результата, является его сложность. В рассматриваемом аналоге, имеющем незначительную полосу рабочих частот, осуществляется междискретное уточнение частоты измеряемого сигнала путем уточнения местоположения дифрагированного пятна света с помощью ряда фазометров, число которых равно числу элементов (фотодиодов) в позиционно-чувствительном фотоприемнике. Необходимость использования большого числа фазометров обуславливает упомянутую сложность данного аналога.The reason that impedes the achievement of the required technical result is its complexity. In the considered analogue, which has a small operating frequency band, an interdiscrete refinement of the frequency of the measured signal is carried out by determining the location of the diffracted light spot using a series of phase meters, the number of which is equal to the number of elements (photodiodes) in the position-sensitive photodetector. The need to use a large number of phase meters causes the aforementioned complexity of this analogue.
Признаками, общими с заявляемой полезной моделью, являются последовательно включенные по свету лазер, коллиматор, АОД, линза, выполняющая роль интегрирующей линзы и линейка фотодиодов, в качестве которой в аналоге используется позиционно-чувствительный фотоприемник.Signs that are common with the claimed utility model are a laser, a collimator, an AOD, a lens acting as an integrating lens, and a line of photodiodes, which are used in the analog as a position-sensitive photodetector, in series with each other.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому устройству является устройство-прототип: акустооптический измеритель частотных параметров радиосигналов [Роздобудько В.В. Акустооптический измеритель частотных параметров радиосигналов с нелинейными законами ЧМ // Радиотехника. - 2000. - №3. - с.24-27.].The closest in technical essence to the claimed device is a prototype device: an acousto-optical meter of frequency parameters of radio signals [Rozdobudko V.V. Acousto-optic meter of frequency parameters of radio signals with nonlinear FM laws // Radio Engineering. - 2000. - No. 3. - p.24-27.].
Устройство-прототип изображено на фиг.1.The prototype device is shown in figure 1.
Устройство-прототип содержит последовательно расположенные на оптической оси лазер 1, коллиматор 2, АОД 3, на оптический вход которого лазерное излучение падает под углом Брэгга, а на его электрический вход через пьезопреобразователь подается измеряемый радиосигнал, причем, по направлению дифрагированного лазерного излучения последовательно включены интегрирующая линза 4 и линейка фотоприемных устройств 5, выходы которых через набор видеоусилителей 6 и набор пороговых устройств 7 соединены с входом шифратора 8, осуществляющего преобразование позиционного кода, несущего информацию о координате центра дифрагированного пятна света, в код частоты.The prototype device contains a laser 1, a collimator 2, an AOD 3 sequentially located on the optical axis, the optical input of which the laser radiation falls at a Bragg angle, and a measured radio signal is fed to its electrical input through a piezoelectric transducer, and, in the direction of the diffracted laser radiation, an integrating lens 4 and a line of photodetectors 5, the outputs of which are connected to the input of the encoder 8 transforming through a set of video amplifiers 6 and a set of threshold devices 7 vanie position code indicative of the coordinate of the center of the diffracted light spots in the frequency code.
Признаками, общими с заявляемым предполагаемой полезной моделью, являются последовательно включенные лазер 1, коллиматор 2, АОД 3, на оптический вход которого лазерное излучение падает под углом Брэгга, а на электрический вход через его пьезопреобразователь подается измеряемый радиосигнал, причем по направлению дифрагированного лазерного излучения последовательно включены интегрирующая линза 4 и линейка фотоприемных устройств 5, выходы которых через набор видеоусилителей 6 и набор пороговых устройств 7, соединенных с входом шифратора 8.Signs common with the claimed alleged utility model are a series-connected laser 1, collimator 2, AOD 3, the optical input of which the laser radiation falls at a Bragg angle, and a measured radio signal is fed to the electrical input through its piezoelectric transducer, and in the direction of the diffracted laser radiation in series includes an integrating lens 4 and a line of photodetectors 5, the outputs of which are through a set of video amplifiers 6 and a set of threshold devices 7 connected to the input of the encoder 8.
Аналогичные по структурному составу, принципу работы и функциональному назначению акустооптические измерители описаны в работах [1) Роздобудько В.В.. Анализ динамических погрешностей в акустооптических измерителях мгновенной частоты радиолокационных сигналов // Радиоэлектроника. - 1997. - №12. - с.3-10; 2) Роздобудько В.В.. Широкополосные акустооптические измерители частотных и фазовых параметров радиосигналов // Радиотехника. - 2001. - №1. - с.79-92.].Acousto-optical meters similar in structural composition, operating principle, and functional purpose are described in [1) V. Rozdobudko. Analysis of dynamic errors in acousto-optical measuring instruments for instantaneous frequency of radar signals // Radioelectronics. - 1997. - No. 12. - p. 3-10; 2) Rozdobudko V.V .. Broadband acousto-optic meters of frequency and phase parameters of radio signals // Radio Engineering. - 2001. - No. 1. - p. 79-92.].
Причиной, препятствующей достижению требуемого технического результата, является тот факт, что прототип обладает ограниченной полосой рабочих частот не превышающей октаву.The reason that impedes the achievement of the required technical result is the fact that the prototype has a limited band of operating frequencies not exceeding an octave.
Задачей, на решение которой направлено предполагаемая полезная модель, является расширение полосы рабочих частот акустооптического измерителя параметров радиосигналов и повышение его чувствительности.The problem the proposed utility model is aimed at is expanding the working frequency band of the acousto-optic radio signal parameters meter and increasing its sensitivity.
Технический результат в заявляемой полезной модели достигается, если между коллиматором и дефлектором разместить призму Кестерса, обеспечивающую падение света на оптический вход акустооптического дефлектора одновременно как под положительным, так и под отрицательным углом Брэгга, а сам акустооптический дефлектор должен быть выполнен на основе LiNbO3 с косым углом среза, равным β, и аномальной дифракцией, характеризуемой наличием двух одинаковых полос пропускания ΔfΣ1 и ΔfΣ2 вблизи отличающихся частот перегибав f01 и f02, задаваемых соответствующей величиной угла β, и между собой взаимосвязанных посредством f02-f01≃ΔfΣ1≃ΔfΣ2, причем протяженность по свету пьезопреобразователя акустооптического дефлектора выбрана из условия совмещения полос ΔfΣ1 и ΔfΣ2 по заданному уровню неравномерности дифракционной эффективности.The technical result in the claimed utility model is achieved if a Kester prism is placed between the collimator and the deflector, which provides light incidence to the optical input of the acousto-optic deflector at the same time both at the positive and negative Bragg angles, and the acousto-optic deflector itself must be based on LiNbO 3 with an oblique cut angle equal to β, and anomalous diffraction, characterized by the presence of two identical bandwidths Δf Σ1 and Δf Σ2 bend near different frequencies f 01 and f 02, respectively, defined by favoring the magnitude of the angle β, and interconnected among themselves through f 02 -f 01 ≃Δf Σ1 ≃Δf Σ2, wherein the length of the piezoelectric transducer acoustooptic light deflector is chosen from the condition of combination of bands Δf Σ1 and Δf Σ2 by a predetermined level of non-uniformity of diffraction efficiency.
Для достижения технического результата в акустооптический измеритель параметров радиосигналов, содержащий последовательно по свету расположенные лазер, коллиматор, акустооптический дефлектор, на оптический вход которого лазерное излучение падает под углом Брэгга, а на электрический вход дефлектора через его пьезопреобразователь подается измеряемый радиосигнал, причем, по направлению дифрагированного лазерного излучения последовательно включены интегрирующая линза и линейка фотоприемных устройств, выходы которых через набор видеоусилителей и набор пороговых устройств соединены с входом шифратора, между коллиматором и дефлектором размещена призма Кестерса, обеспечивающая падение света на оптический вход акустооптического дефлектора одновременно как под положительным, так и под отрицательным углом Брэгга, а сам акустооптический дефлектор выполнен на основе LiNbO3 с косым углом среза, равным β, и аномальной дифракцией, характеризуемой наличием двух одинаковых полос пропускания ΔfΣ1 и ΔfΣ2 вблизи отличающихся частот перегиба f01 и f02, задаваемых соответствующей величиной угла β, и между собой взаимосвязанных посредством f01-f02≅ΔfΣ1≅ΔfΣ2, причем протяженность по свету пьезопреобразователя акустооптического дефлектора выбрана из условия совмещения полос ΔfΣ1 и ΔfΣ2 по заданному уровню неравномерности дифракционной эффективности.In order to achieve a technical result, an acousto-optic radio signal parameter meter containing a laser, a collimator, an acousto-optic deflector located in series along the light, the optical input of which the laser radiation falls at a Bragg angle, and a measured radio signal is fed to the electrical input of the deflector through its piezoelectric transducer, and in the direction of the diffracted laser radiation consistently included an integrating lens and a line of photodetectors, the outputs of which through a set view ousiliteley and a set of threshold devices are connected to the input of the encoder, between the collimator and deflector placed prism Kestersa providing incidence of light to the optical input of the acoustooptic deflector as both a positive and a negative angle Bragg, and the acoustooptic deflector is based on LiNbO 3 with an oblique angle slice equal to β and anomalous diffraction, characterized by the presence of two identical pass bands Δf Σ1 and Δf Σ2 near different inflection frequencies f 01 and f 02 defined by the corresponding weight the angle β, and interconnected by means of f 01 -f 02 ≅Δf Σ1 ≅Δf Σ2 , and the light length of the piezoelectric transducer of the acousto-optical deflector is selected from the condition of combining the bands Δf Σ1 and Δf Σ2 at a given level of diffraction efficiency unevenness.
Доказательство наличия причинно-следственной связи между заявляемыми признаками и достигаемым техническим результатом заключается в следующем.The proof of the presence of a causal relationship between the claimed features and the achieved technical result is as follows.
Как то известно, при использовании косых срезов в LiNbO3 акустооптическое взаимодействие для стоксовой и антистоксовой компонент дифракции имеет место вблизи существенно разнящихся частот [Балакший В.И., Парыгин В.Н., Чирков Л.Е.. Физические основы акустооптики. - М.: Радио и связь. - 1985. - 280 с.].As it is known, when using oblique sections in LiNbO 3, the acousto-optic interaction for the Stokes and anti-Stokes diffraction components takes place near substantially different frequencies [Balakshiy VI, Parygin VN, Chirkov L.E. Physical principles of acousto-optics. - M .: Radio and communication. - 1985. - 280 p.].
Векторная диаграмма рассматриваемого АО взаимодействия и частотные зависимости углов падения θn1, θn2 и дифракции θд1, θд2 приведены на фиг.2. На фиг.2, а обозначено f01, f02 - частоты перегиба, на которых имеют место минимум углов падения θn1(f01), θn2(f02); f0 - частота, на которой углы дифракции θд1(f), θд2(f) обращаются в нуль; ΔfΣ1 и ΔfΣ2 - полосы рабочих частот дефлектора - полосы акустооптического взаимодействия, формируемые при положительном - θn1(f01) и отрицательном - θn2(f02) углах Брэгга. Заметим, что полосы ΔfΣ1 и ΔfΣ2 в первую очередь определяются расходимостью ультразвука, т.е. протяженностью l пьезопреобразователя дефлектора. На фиг.2, б обозначено: β - угол среза LiNbO3 или угол между осью z и плоскостью распространения ультразвука; N0 и Ne - коэффициенты преломления; kд, kn1, kn2 - волновые вектора для дифрагированного и падающего света; К1 и К2 - волновые вектора ультразвука, относящиеся к полосам рабочих частот ΔfΣ1 и ΔfΣ2. В данном случае возбуждаемая пьезопреобразователем акустическая волна распространяется в дефлекторе со скоростью ν под углом (π-β) к оптической оси кристалла LiNbO3. Углы дифракции θд1, θд2 падающего на ультразвуковой столб света обращаются в нуль на частотеThe vector diagram of the AO interaction under consideration and the frequency dependences of the angles of incidence θ n1 , θ n2 and diffraction θ d1 , θ d2 are shown in Fig.2. In figure 2, a denotes f 01, f 02 - the inflection frequency at which there are a minimum of angles of incidence θ n1 (f 01 ), θ n2 (f 02 ); f 0 is the frequency at which the diffraction angles θ d1 (f), θ d2 (f) vanish; Δf Σ1 and Δf Σ2 are the working frequency bands of the deflector - the bands of acousto-optic interaction formed at positive θ n1 (f 01 ) and negative θ n2 (f 02 ) Bragg angles. Note that the bands Δf Σ1 and Δf Σ2 are primarily determined by the divergence of ultrasound, i.e. the length l of the piezoelectric transducer deflector. In figure 2, b is indicated: β is the cut angle LiNbO 3 or the angle between the z axis and the plane of propagation of ultrasound; N 0 and N e are the refractive indices; k d , k n1 , k n2 - wave vectors for diffracted and incident light; K 1 and K 2 are the ultrasound wave vectors related to the operating frequency bands Δf Σ1 and Δf Σ2 . In this case, the acoustic wave excited by the piezoelectric transducer propagates in the deflector with a velocity ν at an angle (π-β) to the optical axis of the LiNbO 3 crystal. The diffraction angles θ d1 , θ d2 of the incident light on the ultrasonic column vanish at a frequency
, ,
где N0, Ne - показатели преломления для обыкновенной и необыкновенной волн; (в ниобате лития N0>Ne и N0-Ne<<N0).where N 0 , N e are the refractive indices for the ordinary and extraordinary waves; (in lithium niobate N 0 > N e and N 0 -N e << N 0 ).
Частоты f01 и f02 (частоты «перегиба»), в окрестности которых реализуется экстремальные - d(θn1,θn2)/df=0 значение углов падения,определяются какThe frequencies f 01 and f 02 (the frequencies of the “inflection”), in the vicinity of which extremes are realized - d (θ n1 , θ n2 ) / df = 0 the value of the angle of incidence, are defined as
, ,
. .
При этом в окрестности частот f01 и f02 нормированные амплитудно-частотные характеристики дифракции - АЧХ могут быть представлены в виде Moreover, in the vicinity of frequencies f 01 and f 02, the normalized amplitude-frequency characteristics of diffraction — the frequency response, can be represented as
где Θn1,n2=θn1,n2·2nν/(λf01,02) нормированные углы падения; F1,2=(f-f01,02)/(f01,02) - нормированные частоты; n=0,5·(N0+Ne) -среднее значение показателя преломления; Q1,2=(λ·l· ,02)/(nν2) - волновой параметр АО взаимодействия; ; l - длина пьезопреобразователя; Pa - звуковая мощность в среде АО взаимодействия; М2 - коэффициент АО качества.where Θ n1, n2 = θ n1, n2 · 2nν / (λf 01.02 ) normalized angles of incidence; F 1,2 = (ff 01,02 ) / (f 01,02 ) - normalized frequencies; n = 0.5 · (N 0 + N e ) is the average value of the refractive index; Q 1,2 = (λ , 02 ) / (nν 2 ) is the wave parameter of the AO interaction; ; l is the length of the piezoelectric transducer; P a - sound power in the environment of AO interaction; M 2 - AO quality factor.
Из анализа (1) следует, что при углах падения света, равных углу Брэгга для каждой из частот f01 и f02, а именно и дефлектор имеет плоские АЧХ. При этом полосы пропускания дефлектора на частотах f01 и f02 по уровню неравномерности 3 дБ выражаются - и не зависят от частотно f01 и f02. При углах падения, равных и допущении наличия 3 дБ провала на частотах f01 и f02 полосы пропускания ΔfΣ1 и ΔfΣ2 могут быть увеличены в раз: .From analysis (1) it follows that at angles of incidence equal to the Bragg angle for each of the frequencies f 01 and f 02 , namely and the deflector has a flat frequency response. The bandwidth of the deflector at frequencies f 01 and f 02 according to the level of unevenness of 3 dB are expressed - and do not depend on the frequency f 01 and f 02 . At angles of incidence equal to and assuming a 3 dB dip at frequencies f 01 and f 02, the pass bands Δf Σ1 and Δf Σ2 can be increased by time: .
Из рассматривания фиг.2. ясен принцип выбора как центральной частоты дефлектора f0 (и акустооптического измерителя в целом), так и его суммарной полосы рабочих частот ΔfΣ=ΔfΣ1+ΔfΣ2.From the consideration of figure 2. the principle of choosing both the central frequency of the deflector f 0 (and the acousto-optic meter as a whole) and its total operating frequency band Δf Σ = Δf Σ1 + Δf Σ2 is clear .
Поскольку ΔfΣ1≃ΔfΣ2, то при заданной ΔfΣ акустооптического измерителя необходимый угол косого среза в LiNbO3 может быть найден из условия ΔfΣ1+ΔfΣ2=2(f02-f01), при котором в дефлекторе обеспечивается требуемый разнос частот f02 и f01;Since Δf Σ1 ≃Δf Σ2 , for a given Δf Σ of an acousto-optic meter, the necessary oblique cut angle in LiNbO 3 can be found from the condition Δf Σ1 + Δf Σ2 = 2 (f 02 -f 01 ), in which the required frequency spacing f is provided in the deflector 02 and f 01 ;
. .
В свою очередь, поскольку ΔfΣ1 и ΔfΣ2 не зависит от f01,02, то протяженность пьезопреобразователя акустооптического дефлектора - l, при которой обеспечивается непрерывность суммарной полосы пропускания, может быть найдена из соотношенияIn turn, since Δf Σ1 and Δf Σ2 are independent of f 01.02 , the length of the piezoelectric transducer of the acousto-optical deflector - l, at which the continuity of the total passband is ensured, can be found from the relation
Таким образом, наличие причинно-следственной связи между заявляемыми признаками и достигаемым техническим результатом определяются тем фактом, что в предполагаемом измерителе параметров радиосигналов дополнительно введена призма Кестерса, обеспечивающая падение на АОД под положительным и отрицательным углами падения света, а сам АОД выполнен на основе LiNbO3 с косым углом среза и аномальной дифракцией, характеризуемой наличием двух полос пропускания.Thus, the presence of a causal relationship between the claimed features and the achieved technical result is determined by the fact that the Kester's prism is additionally introduced in the proposed radio signal parameters meter, which ensures a fall on the AOD at positive and negative angles of incidence of light, and the AOD itself is based on LiNbO 3 with an oblique angle of cut and anomalous diffraction, characterized by the presence of two transmission bands.
Сущность изобретения поясняется чертежами. На фиг.1 приведена структурная схема устройства-прототипа. На фиг.2,а представлены зависимости углов падения θn и дифракции - θд света от частоты медленной сдвиговой волны, распространяющейся в плоскости Y0Z кристалла LiNbO3, на основе которого предлагается выполнить акустооптический дефлектор, входящий в состав заявляемого устройства. На фиг.2, б представлена геометрия аномального широкополосного взаимодействия в плоскости Y0Z кристалла LiNbO3, поясняющая факт наличия двух областей АО взаимодействия и их взаимосвязь с косым углом среза - β.The invention is illustrated by drawings. Figure 1 shows the structural diagram of the device of the prototype. Figure 2a shows the dependences of the angles of incidence θ n and diffraction - θ d light on the frequency of the slow shear wave propagating in the Y0Z plane of the LiNbO 3 crystal, on the basis of which it is proposed to perform an acousto-optical deflector, which is part of the inventive device. Figure 2, b shows the geometry of the anomalous broadband interaction in the Y0Z plane of the LiNbO 3 crystal, explaining the fact of the presence of two regions of AO interaction and their relationship with the oblique angle of cut - β.
Структурная схема заявляемого устройства акустооптического измерителя параметров радиосигналов представлена на фиг.3.The structural diagram of the inventive device acousto-optic meter parameters of radio signals is presented in figure 3.
Заявляемое устройство содержит последовательно по свету расположенные лазер - 1 с длиной волны λ, коллиматор - 2, выполненный как минимум из двух линз, призму Кестерса - 3, обеспечивающую деление падающего лазерного излучения на два пучка и последующее их падение на акустооптический дефлектор - 4 под разными углами, а именно: +θБ1 и - θБ1. На электрический вход акустооптического дефлектора 4 через его пьезопреобразователь, протяженность которого - l, подается измеряемый радиосигнал; в дефлекторе - 4 он преобразуется в ультразвуковой аналог, на котором падающее лазерное излучение дифрагирует и отклоняется на угол, пропорциональный частоте входящего сигнала. Далее дифрагированное излучение с помощью интегрирующей линзы 5 фокусируется на линейку фотоприемников - 6 состоящую из двух частей, каждая из которых предназначена для работы в полосах рабочих частот ΔfΣ1 и ΔfΣ2. Фотоприемником световые сигналы детектируются, усиливаются набором видеоусилителей - 7, приводятся к «логическому» виду набором пороговых устройств - 8 и подаются на шифратор - 9, в задачу которого входит определение центра дифрагированного пятна света, несущего информацию о частоте входящего радиосигнала.The inventive device contains a laser arranged sequentially in the light - 1 with a wavelength λ, a collimator - 2, made of at least two lenses, a Kesters prism - 3, ensuring the division of the incident laser radiation into two beams and their subsequent fall on the acousto-optical deflector - 4 under different angles, namely: + θ B1 and - θ B1 . The electrical input of the acousto-optical deflector 4 through its piezoelectric transducer, the length of which is l, the measured radio signal; in the deflector - 4 it is converted into an ultrasonic analogue, on which the incident laser radiation diffracts and deviates by an angle proportional to the frequency of the incoming signal. Next, the diffracted radiation with the help of an integrating lens 5 is focused on a line of photodetectors - 6 consisting of two parts, each of which is designed to operate in the operating frequency bands Δf Σ1 and Δf Σ2 . Light signals are detected by a photodetector, amplified by a set of video amplifiers - 7, reduced to a "logical" form by a set of threshold devices - 8, and fed to an encoder - 9, whose task is to determine the center of a diffracted spot of light that carries information about the frequency of the incoming radio signal.
Принципы работы заявляемого устройства и обеспечиваемый им технический результат заключается в следующем.The principles of operation of the claimed device and the technical result provided by it is as follows.
Генерируемое лазером - 1 световое излучение с помощью коллиматора - 2 расширяется до необходимой величины (в заявляемом устройстве ее диаметр будет определять частотное разрешение измерителя) и подается на призму Кестерса - 3, которая, как то поясняет фиг.3, обеспечивает деление на два падающего лазерного излучения по интенсивности в соотношении 1:1 и последующее падение на АОД - 4 одного из них под положительным углом, а второго под отрицательным углом Брэгга. Каждому из соответствующих направлений падения света соответствует (с.фиг.2) своя полоса рабочих частот. На акустическом аналоге подаваемого на пьезопреобразователь АОД входного радиосигнала лазерное излучение дифрагирует, отклоняясь на угол, пропорциональный частоте, причем по направлениям соответствующим «своим» полосам рабочих частот: ΔfΣ1 или ΔfΣ2. С помощью интегрирующей линзы - 5 дифрагированное лазерное излучение фокусируется на линейку фотоприемников - 6, две одинаковые части которой приходятся на полосы ΔfΣ1 и ΔfΣ2. Линейкой фотоприемников - 6 световой сигнал детектируется и усиливается набором видеоусилителей - 7. Затем группа видеосигналов, отображающая продифрагированный световой сигнал, подается на набор пороговых устройств - 8, с выходов которых снимается информация о координатах центра пятна света в виде соответствующего позиционного кода, который шифратором - 9 преобразуется в код частоты, необходимый потребителю.The light generated by the laser - 1 using a collimator - 2 expands to the required value (in the inventive device, its diameter will determine the frequency resolution of the meter) and is fed to the Kester prism - 3, which, as explained in figure 3, provides a division into two incident laser radiation in intensity in a ratio of 1: 1 and the subsequent drop on the AOD - 4 of one of them at a positive angle, and the second at a negative Bragg angle. Each of the corresponding directions of incidence of light corresponds to (s.Fig.2) its own operating frequency band. On an acoustic analogue of the input radio signal supplied to the piezo-transducer AOD, the laser radiation diffracts, deviating by an angle proportional to the frequency, and in the directions corresponding to “their own” operating frequency bands: Δf Σ1 or Δf Σ2 . Using an integrating lens - 5, the diffracted laser radiation is focused on a line of photodetectors - 6, two identical parts of which fall on the bands Δf Σ1 and Δf Σ2 . A line of photodetectors - 6, a light signal is detected and amplified by a set of video amplifiers - 7. Then a group of video signals displaying a diffracted light signal is fed to a set of threshold devices - 8, from the outputs of which information about the coordinates of the center of the light spot in the form of the corresponding position code, which is encoded by 9 is converted to the frequency code required by the consumer.
Таким образом, как в аналогах и прототипе, так и в заявляемом устройстве частота входного радиосигнала измеряется путем его преобразования в акустический аналог, модуляции им вспомогательного светового сигнала по направлению (углу дифракции) и последующем преобразовании в световое пятно, искомая координата центра которого пропорциональна частоте входного радиосигнала; искомая координата оцифровывается в вид, задаваемый потребителем этой информации.Thus, both in the analogs and prototype, and in the claimed device, the frequency of the input radio signal is measured by converting it into an acoustic analog, modulating it with an auxiliary light signal in the direction (diffraction angle), and then converting it into a light spot, the desired coordinate of the center of which is proportional to the input frequency radio signal; the desired coordinate is digitized in the form specified by the consumer of this information.
Оценим степень увеличения полосы рабочих частот и чувствительности, обеспечиваемые заявляемым устройством по сравнению с прототипом и аналогами, а также рассмотрим факторы, ограничивающие это увеличение.We evaluate the degree of increase in the band of operating frequencies and sensitivity provided by the claimed device in comparison with the prototype and analogues, and also consider the factors limiting this increase.
Вне зависимости от первоначальных (исходных) полос пропускания аналога и прототипа в предлагаемом устройстве при одинаковых остальных условиях полоса рабочих частот будет, как минимум, в два раза большей, поскольку в применяемом в нем АОД полезно используются две полосы рабочих частот, которые путем выбора соответствующего угла среза β и протяженности преобразователя l совмещаются на заданном уровне неравномерности дифракционной эффективности. При этом, если относительное увеличение полосы составляет в два раза, то в абсолютном отношении ее увеличение не может превышать октавы.Regardless of the initial (initial) bandwidths of the analogue and prototype in the proposed device under the same remaining conditions, the operating frequency band will be at least twice as large, since in the AOD used in it, two operating frequency bands are useful, which by selecting the appropriate angle the slice β and the length of the transducer l are combined at a given level of diffraction efficiency unevenness. Moreover, if the relative increase in the band is two times, then in absolute terms, its increase cannot exceed an octave.
При увеличении ΔfΣ сверх октавы в схеме фиг.3 в плоскости фотоприемника появятся нелинейные продукты (гармоники), наличие которых будет препятствовать правильному функционированию заявляемого устройства.With an increase in Δf Σ over an octave in the scheme of Fig. 3, nonlinear products (harmonics) will appear in the plane of the photodetector, the presence of which will impede the proper functioning of the claimed device.
Что касается повышения чувствительности в заявляемом измерителе, то ее увеличение обусловлено зависимостью дифракционной эффективности АОД от длины преобразователя - l. Если зафиксировать полосы рабочих частот прототипа и заявляемого устройства, то в предлагаемом измерителе упомянутая полоса может быть реализована при значительно большей длине пьезопреобразователя, а, соответственно, и чувствительности последнего будет в два и более раз превышать чувствительность прототипа и аналогов.As for the increase in sensitivity in the inventive meter, its increase is due to the dependence of the diffraction efficiency of the AOD on the length of the transducer - l. If we fix the operating frequency bands of the prototype and the claimed device, then in the proposed meter the mentioned strip can be implemented with a significantly larger length of the piezoelectric transducer, and, accordingly, the sensitivity of the latter will be two or more times the sensitivity of the prototype and analogues.
Практическая реализация заявляемого акустооптического измерителя параметров радиосигналов сомнений не вызывает: практически все элементы и узлы в него входящие, являются общими для прототипа и аналогов.The practical implementation of the inventive acousto-optic meter of radio signal parameters is beyond doubt: almost all the elements and nodes included in it are common to the prototype and analogues.
Заявляемое устройство может быть выполнено на основе следующих элементов.The inventive device can be made on the basis of the following elements.
Акустооптический дефлектор - 4 для диапазона частот (0,5-3,0) ГГц может быть выполнен на основе LiNbO3.The acousto-optical deflector - 4 for the frequency range (0.5-3.0) GHz can be performed on the basis of LiNbO 3 .
Известно описание такого дефлектора диапазона (1,5-2,5) на основе анизотропной дифракции: [Демидов А.Я., Задорин А.С.. Исследование аномального акустооптического взаимодействия в кристалле ниобата лития // Известия вузов. Физика. - 1981. - №7. - с.42-47.].A description of such a range deflector (1.5-2.5) based on anisotropic diffraction is known: [Demidov A.Ya., Zadorin A.S. Study of anomalous acousto-optic interaction in a lithium niobate crystal // News of Universities. Physics. - 1981. - No. 7. - p. 42-47.].
Оптические требования к качеству LiNbO3 дефлекторов описаны в статье [Роздобудько В.В., Бакарюк Т.В. Акустооптический СВЧ дефлектор с поверхностным возбуждением ультразвука // Приборы и техника эксперимента. - 2003. - №1. - с.74-76.].The optical quality requirements of LiNbO 3 baffles are described in the article [Rozdobudko VV, Bakaryuk T.V. Acoustooptic microwave deflector with surface excitation of ultrasound // Instruments and experimental technique. - 2003. - No. 1. - p. 74-76.].
К оптическим элементам, входящим в состав измерителя, особых требований не предъявляется. Пример описания призмы Кестерса содержится в статье [Ленкова Г.А.. Анализ и сравнение угловых сканирующих интерферометров // Автометрия. - 1981. - №1 - с.95-100.].To the optical elements that make up the meter, there are no special requirements. An example of a description of the Kester prism is contained in the article [G. Lenkova. Analysis and comparison of angular scanning interferometers // Avtometriya. - 1981. - No. 1 - p. 95-100.].
К элементам низкочастотной техники, входящих в заявляемое устройство в виде функциональных устройств, а именно набора видеоусилителей - 7, набора пороговых устройств - 8 и шифратора - 9, также не представляется специфических требований; все они могут быть выполнены на основе современных микросхем и ПЛИС технологий.The elements of low-frequency technology included in the claimed device in the form of functional devices, namely, a set of video amplifiers - 7, a set of threshold devices - 8 and an encoder - 9, also do not seem to have specific requirements; all of them can be made on the basis of modern microcircuits and FPGA technologies.
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2011132997/28U RU119123U1 (en) | 2011-08-05 | 2011-08-05 | ACOUSTOPTIC RADIO SIGNAL METER |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2011132997/28U RU119123U1 (en) | 2011-08-05 | 2011-08-05 | ACOUSTOPTIC RADIO SIGNAL METER |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU119123U1 true RU119123U1 (en) | 2012-08-10 |
Family
ID=46850060
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2011132997/28U RU119123U1 (en) | 2011-08-05 | 2011-08-05 | ACOUSTOPTIC RADIO SIGNAL METER |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU119123U1 (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2597664C2 (en) * | 2015-01-12 | 2016-09-20 | Открытое акционерное общество "Научно-производственное предприятие космического приборостроения "Квант" (ОАО "НПП КП "Квант") | Holographic method for automatic gain control of signal |
US11313930B1 (en) | 2020-11-13 | 2022-04-26 | Rohde & Schwarz Gmbh & Co. Kg | Alternation pulsed double resonance detection scheme for gapless detection in atomic vapor quantum sensors |
-
2011
- 2011-08-05 RU RU2011132997/28U patent/RU119123U1/en not_active IP Right Cessation
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2597664C2 (en) * | 2015-01-12 | 2016-09-20 | Открытое акционерное общество "Научно-производственное предприятие космического приборостроения "Квант" (ОАО "НПП КП "Квант") | Holographic method for automatic gain control of signal |
US11313930B1 (en) | 2020-11-13 | 2022-04-26 | Rohde & Schwarz Gmbh & Co. Kg | Alternation pulsed double resonance detection scheme for gapless detection in atomic vapor quantum sensors |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US8199331B2 (en) | Vibrometer and method for optically measuring an object | |
US11385082B2 (en) | Environmental characteristic measurement device and environmental characteristic measurement method | |
US11829048B2 (en) | Laser beam output apparatus | |
JP4828245B2 (en) | Light wave distance meter | |
RU119123U1 (en) | ACOUSTOPTIC RADIO SIGNAL METER | |
JP7373713B2 (en) | laser equipment | |
US11476629B2 (en) | Laser beam output apparatus | |
EP2948780A1 (en) | Acousto-optic rf signal spectrum analyzer | |
RU145757U1 (en) | ACOUSTOPTIC MICROWAVE DEFLECTOR | |
CN106200027A (en) | Optically filtering method based on acoustic optic interaction momentum matching | |
JP2020166235A (en) | Laser light output device | |
RU2512617C2 (en) | Acoustic-optic multichannel analyser | |
Vella et al. | High‐resolution spectroscopy for optical probing of continuously generated surface acoustic waves | |
RU75761U1 (en) | ACOUSTOPTIC RADIO SIGNAL METER | |
RU2566431C1 (en) | Radio signal spectral analysis method | |
RU87534U1 (en) | ACOUSTOPTIC METER WITH APERTURE SYNTHESIS | |
RU2153680C1 (en) | Acoustooptical receiver-frequency meter | |
US20230304926A1 (en) | Time response measurement apparatus and time response measurement method | |
RU2214608C2 (en) | Acoustooptical spectrum analyzer | |
RU2178181C2 (en) | Acoustooptical receiver-frequency meter | |
US20230304923A1 (en) | Optical property measurement apparatus and optical property measurement method | |
RU2584182C1 (en) | Acousto-optical device for measuring parameters of radio signals with high resolution | |
RU2340909C1 (en) | Acoustic device for measuring frequency of radio signals | |
Varlamov et al. | Operating characteristics of acousto-optic frequency shifter modulator on x-cut lithium niobate substrate | |
RU2182337C1 (en) | High-precision acoustooptical meter of speed of re-tuning of frequency-modulated signals |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM1K | Utility model has become invalid (non-payment of fees) |
Effective date: 20120127 |