SU1334093A1 - Акустооптический фазометр-частотомер - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к радио- измерительной технике и может быть использовано дл  одновременного измерени  частоты и разности фаз радиосигналов . Цель изобретени  - расширение , динамического диапазона и повышение точности измерени  разности фаз. На акустооптическую  чейку 5 падают два световых луча с разными частотами и дифрагируют на ультразвуковых столбах. Одновременно на акустооптическую  чейку 5 поступает исследуемый радиосигнал,который посредством пьезопреобразовател  Фиг. 2 6 и 7 возбуждает в ней бегущие ультразвуковые волны. В результате в выходной плоскости линзы 8 образуютс  две интерференционные картины , поступающие на мнргоэлементный фотоприемник 9. Изменение частоты радиосигналов приводит к смещению интерференционной картины вдоль оси X, а номер элемента фотоприемника 9, на котором по витс  фотоэлектрический сигнал, дает значение частоты прин того сигнала.Фазовый сдвиг между принимаемыми сигналами можно измер ть как разность фаз между сигналом биений от недифраг- мировавших световых лучей (опорный сигнал) и сигналом биений от ди- фрагмировавших световых лучей, фаза которого зависит от разности фаз входного радиосигнала.Введение устройства 2 делени  луча лазера на два и электрооптического модул тора 3 позвол ет получить световые лучи с. разными частотами, а наличие гребенчатого пространственного фильтра 11 увеличивает выходной сигнал фотоприемника 9 в 3,5 раза. В целом устройство позвол ет увеличить динамический диапазон на 15-20 дБ. 1 з.п. ф-лы, 2 ил. л W 00 со о со со (.и fta 3

Description

Изобретение относитс  к радиоиз мерительным устройствам, в частности к фазометрам-частотомерам, и может быть применено дл  одновременного измерени  частоты и разности фаз радиосигналов.

Цель изобретени  - раоиирение ди- намич еского диапазона и повышение точности измерени  разности фаз.

На фиг. 1 изображено устройство, общий вид; на фиг. 2 - то же, пример исполнени .

Устройство по фиг. 1 содержит следующие узлы; последовательно расположенные лазер 1,устройство 2 делени  луча лазера на два, электрооптический модул тор (ЭОМ) 3 с подключенным к нему генератором 4 управл ющего напр жени , двухканаль- ную акустооптическую  чейку 5 с нанесенными на ней пьезопреобразова тел ми 6 и 7, линзу 8, многоэлемент ный фотоприемник 9 и подключенный к последнему автоматический переключа тель с фазометром 10.

Устройство по фиг. 2 содержи те. же узлы, расположенные в том же по- 1з дке, и дополнительно гребенчатый пространственный фильтр 11,расположенный в фокальной .плоскости линзы 8

Акустооптический фазометр-частотомер работает следующим образом.

Луч лазера 1 поступает на устройство 2 делени  светового луча на два, которое может быть выполненоj например, в виде плоскопараллельной пластинки с нанесенными на ней с. одной стороны на половину размера вдоль оси Y непрозрачным зеркалом и с другой стороны полупрозрачным зеркалом  вл ющимс  продолжением первого.

L

В один из разделенных лучей помещаетс  электрооптический модул тор

3с подключенным к нему генератором4управл ющего напр жени . Если к ЭОМ приложить пилообразное напр жение , то частота оптической несуш.ей на выходе ЭОМ смещаетс  на частоту Сд , определ емую выражением:

«0

Т 5 1 Urn

IT e Т IT

где - длина волны излучени  лазера;

г - электрооптическа  посто нна ;

е 1 d

и

m

10

15

20

25

30

35

показатель преломлени  дд  необыкновенного луча; длина кристалла ЭОМ вдоль распространени  светового, луча;

толпщна кристалла; - максимальна  амплитуда прикладываемого пилообразного напр жени ; Т - период пилообразного напр жени .

В результате на двухканальную . акустооптическую  чейку падает два световых луча с частотами сОо и LOo о При подаче на входы акус- тооптической  чейки исследуемого радиосигнала в ней с помощью пьезо- преобразователей 6 и 7 возбзгждают- с  бегущие ультразвуковые волны. Падающие на  чейку световые лучи с разными частотами дифрагируют на ультразвуко.вых столбах, и ,в выходной плоскости линзы 8 .образуютс  две интерференционные картины от дифратирова.вшик и недифрагировав- шик световых лучей,поступающие на многоэлементный фотоприемник 9.

Выходной сигнал одного элемента фотоприемника, пропорциональный интенсивности интерференционной картины , в случае монохроматического входного сигнала определ етс  выражением

40

M )-( Г-

+ 2 cos ( + O.d +uq,) , (2)

i)

где W - размер пьезопреобразователей 6 и 7 в направ- 45лении оси Y;.

d - рассто ние между центра-ми пьезопреобразовате- -дей;

itf - фазовый сдвиг между по- 50данными сигналами;

- промежуточна  частота,

определ ема  из (1); и,,и - амплитуды дифрагировавших световых волн;

55 Wcj - пространственна  частота интерференционной картины в фокальной плоскости линзы 8, определ ема  выражением

(Ou

2 IT -ЛГ

F

Y. где F - -фокусное рассто ние линзы; пространственный период интерференционной картины. Выходной сигнал фотоприемника

дл  недифрагировавших световых лучей

имеет вид

1 (t) (lilLAlJi i). ТЕ

0,5 WQ/ -

2

Е.Е

cos

(«ot

+

з

где

Е,,Е2 амплитуды недифрагировавших световых волн.

Изменение частоты принимаемых радиосигналов приводит .к смещению интерференционной картины вдоль координаты X (фиг. 1)уа номер элемента фотоприемника,на котором по вл етс  фотоэлектрический сигнал, соответствует значению частоты прин того сигнала.

Фазовый сдвиг между принимаемыми сигналами можно измер ть как разность фаз между сигналом биений от недифрагировавших световых лучей (опорный канал) и сигналом биений от дифрагировавших световых лучей,фаза которого зависит от разности фаз входного радиосигнала.

В отличие от прототипа интенсивность интерференционной картины,а следовательно, и выходное напр жение фотодиодов зависит лишь от эффективности дифракции двухканаль- ной акустооптической  чейки и,поскольку число оптических элементов в рассматриваемых устройствах одинаково , дополнительных потерь излучени , кроме указанных,не возникает. Так как эффективность дифракции двухканальной акустооптической  чейки в прототипе и предлагаемом устройстве одинакова, поскольку могут примен тьс  одни и те же  чейки, то предлагаемое устройство обеспечивает преимущество в интенсивности на пор док по сравнению с прототипом , что следует из приведенного анализа . Это приводит к увеличению динамического диапазона по уровню входного сигнала.

Кроме того, значение промежуточной частоты, получаемое с помощью ЭОМ, может мен тьс  в пределах от единиц килогерц до единиц мегагерц

334093

Это дает возможность примен ть серийно выпускаемую матрицу фотодиодов МФ-16, котора  может работать

t в однострочном режиме с параллельным съемом фотоэлектрического сигнала и выдел ть сигнал биений от единиц килогерц до 1 МГц.

Измерение разности фаз между

10 опорным и сигнальным каналами фотоприемников можно осуществить,например , известным методом преобразовани  разности фаз во временной интервал с последующим его измерением,

15 что на полученной низкой частоте позвол ет достаточно точно измер ть сдвиг фаз принимаемых высокочастотных радиосигналов.

Принцип работы акустооптического

20 фазометра-частотомера по фиг. 2

гребенчатого пространственного фильтра такой же, как и акустооптического фазометра-частотомера по фиг. 1. Действие гребенчатого пространствен25 ного фильтра заключаетс  в следующем. Выражение (2) дл  отклика фотоприемника справедливо в случае точечного фотоприемника. Поскольку фотоприемник имеет конечный размер,

30 то максимальна  амплитула сигнала биений наблюдаетс  при выполнении услови 

ЛГ .

&Y,

2d

(5)

35

где SY - размер фотоприемника по оси Y.

Так,например, при А 0,63 мкм, F 50 см, d 2 мм, SYp 78,8 мкм, т.е. размер элемента фотоприемника достаточно мал. В то же врем  размер интерференционной картины по оси Y определ етс  огибающей sin Y/Y в (2) и (4) и находитс  как

а

27i F

W

(6)

50 Пространственный период интерференционной картины определ етс  рассто нием между центрами пьезо55

преобразователей и из выражени 

„

Тогда число периодов интерференционной картины

w

(8)

Таким образом фотоприемник размером SYp выдел ет всего лишь часть одного периода интерференционной -картины, не.использу  остальную ее интенсивность. При использЪ- вании гребенчатого пространственного фильтра с размером окна 1 Yp и периодом Р Yp отклик одного элемента фотоприемника имеет вид

-f

лг

X

1 + cos

(0,t)

где п 0., 1,2,..

Y,

Claims (2)

1.Акустооптический фазометр-частотомер , содержащий расположенные на одной оптической оси и в одной плоскости лазер, последовательно соединенные оптически двухканальную акустооптическую  чейку,линзу, многоэлементный фотоприемник с подключенным к нему фазометром, отличающийс  тем,что, с целью расширени  динамического диапазона и точности измерени  разности фаз, между лазером и акустооптической  чейкой введены последовательно расположенные .блок делени  луча лазера на два и электрооптический модул тор с подключенным к нему генератором управл ющего напр  жени ,причем через электрооптический модул тор проходит один из разделенных световых лучей.

2. Фазометр-частотомер по п. 1,

отличающийс  тем,что, с целью расширени  динамического диапазона и точности измерени  раз- ности фаз, между линзой и мНогоэле- ментным фотоприемником введен, гребенчатый прос;транственный фильтр, расположенный в фокальной плоскости линзы.

35

40

27

Составитель В.Шубин Редактор А.Огар Техред И.Попович Корректор Л.Пилипенко

Заказ 3959/43 Тираж 730Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушска  наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предпри тие, г. Ужгород, ул. Проектна , 4