SU1629872A1 - Оптический спектроанализатор - Google Patents

Abstract

Изобретение касаетс  оптической обработки информации и предназначено д   анализа сигналов в реальном масштабе времени . Цель изобретени  - повышение точности анализа, уменьшение требуемой оптической мощности и потребл емой энергии . Спектроанализатор содержит источник когерентного света 8, коллиматор 9, 10, цилиндрическую линзу 11, сферические линзы 13 и 17, акустооптические модул торы 12 и 16, фотоприемник 18. Дл  достижени  цели в него введены втора  цилиндрическа  линза 14, оптический клин 15, генератор гармонического сигнала 10, балансные модул торы 2 и 3, генераторы отсчетов 4 и 5, лини  задержки 6, сумматор 7 и блок управлени  19. 1 ил.

Description

N Ко „

2 2 Cos 4гг kn Cos Wcp (t - п Тд) + n o k oN

+s,« ifkni

Sin (t - n Тд) X

30

+ Hr-kAT- n Тд) е

J pO-nTA+ -h kn+f)

xf(t-kAT-nTA) Ј Z (tn 0 k 0

2 

- n тд) + kn f (t - k Д т - n Тд).

На выходе сумматора 7 сигнал представл ет собой набор коротких (тп Та/К) радиоимпульсов одинаковой амплитуды, а фаза их высокочастотного заполнени  мен етс  от импульса к импульсу. С выхода сумматора 7 этот сигнал поступает на электрический вход первого акустооптического модул тора 12 и используетс  дл  формировани  опорного светового пучка.

На оптический вход акустооптического модул тора 12 от источника 8 когерентного света через коллиматор, выполненный на линзах 9 и 10, и фокусирующую первую цилиндрическую линзу 11 поступает последоN

вэтельность световых импульсов Ј 3(t п 0

-Та - п Тд). В акустооптическом модул торе 12 осуществл етс  модул ци  этих импульсов сигналом, поступающим с выхода сумр - размер апертуры акустооптического модул тора, Ф (х) характеризует сферический фазовый фронт опорной волны вдоль оси, радиус сферичности которого определ етс  второй цилиндрической линзой 14 и оптическим клином 15. Этот радиус должен быть таким, чтобы обеспечить в плоскости регистрации размер опорного пучка вдоль

оси х не меньше, чем Д х , где F2 фокусное рассто ние второй сферической линзы 17. Такой размер опорного пучка достигаетс , еслифокусное рассто ние второй цилиндрической линзы 14 удовлетвор ет

соотношению Рц j , а угол при верши- л д ТА

не оптического клина 15 составл ет

« агс

Sin

срЯ v

пс

Немодулированный световой пучок, соответствующий нулевому пор дку дифракции от первого акустооптического модул тора 12, поступает через первую сферическуга линзу 13-на оптический вход второго акустооптического модул тора 16. На его электрический вход подаетс  анализируемый сигнал U(t). Пусть U(t) представл ет собой гармонический сигнал U(t) UcCos (УС t 4- рс) Uc, , рс амплитуда, частота и фаза). Тогда в плоскости регистрации х, у по вл етс  световое поле в виде линии, параллельной оси у и удаленной от

нее на рассто ние хс

v

10

Составл ющие зар да Q(x,y), соо вующие первым двум слагаемым, ха ны дл  спектральных анализат временным интегрированием и мог легко отфильтрованы от информац третьей составл ющей зар да, котор сываетс  осциллирующей функцией

Из выражени  дл  Q(x,y) видно, симальный зар д формируетс  в

. Это световое ПЗС, имеющих координаты х

поле с точностью до несущественных множителей можно записать следующим образом:

Ес(х,уд) ис

4(--Т1)

(.-f)+

Фотоприемнйк 18, в качестве которого используетс  матрица приборов с зар довой св зью (ПЗС), регистрирует результат интерференции опорного и сигнального световых распределений. Интенсивность света, регистрируемого фотоприемником,

п(х,уд) I Еопп (х.УД) + Ec(x,y,t)l2 I Еопп(х-УД) Г+.l Ec(x,y,t)|2 +

+ 2Re Ес(х.уд) Еопп (х,УД) , где Eon - величина, комплексносопр жен- на  Eon. Зар д ПЗС О.(х,у) определ етс  интегрированием по времени интенсивности света на его светочувствительной поверхно сти. Зар д, накопленный по прошествии всех N+1 световых импульсов, определ етс  следующим образом:

Q (x,y) (N+1) i If )2 + k 0 v ii

-

((№-Т)

+

+ 2USinc( 2 f

i А Г2 / о

N +1

2Л,

kAT

2л

(Ьс Тд --jq-k )

xCos (ffltp - -ft) ;

где & (шс Тд - - k ) - ;

W -Ф(Х) + (ШС - ШСР) +рс-|.

0

Составл ющие зар да Q(x,y), соответствующие первым двум слагаемым, характерны дл  спектральных анализаторов с временным интегрированием и могут быть легко отфильтрованы от информационной третьей составл ющей зар да, котора  описываетс  осциллирующей функцией.

Из выражени  дл  Q(x,y) видно, что максимальный зар д формируетс  в  чейках

fcAF2

ПЗС, имеющих координаты х

y kATv-Ј При этом вдоль оси у частотный отклик может находитьс  в одной из К 15 частотных полос, шириной ATv кажда , Отклик спектроанализатора формируетс  в к-й частотной полосе, если частота входного

20

I/

сигнала fc тгт + I

25

30

35

40

45

50

55

J

V

где I -любое целое

число. Например, в полосе, соответствующей к 0, формируетс  максимум дл  сигналов с частотами fc -

I

в полосе, 1

соответствующей к 1. fc - + ..

Тд IM Тд

а в

К-й полосе fc - +

К

В то же врем 

Тд МТД вдоль оси х частотный отклик формируетс 

fcAF2

в точке х ,

v

Таким образом, вдоль оси х может производитьс  грубый отсчет частоты, а вдоль оси у - точный.

Блок 19 управлени  осуществл ет управление работой генераторов 4 и 5 отсчетов , а также обеспечивает запуск источника 8 когерентного света. Сигналами дл  запуска блока 19 управлени  служат синхроимпульсы фотоприемника 18 (матрицы ПЗС).

В предлагаемом спектроанализаторе полностью исключено привод щее к понижению точности анализа изменение интенсивности интерферирующих световых пучков, характерное дл  известного устройства , что повышает точность анализа.

Кроме того, предлагаемый спектроана- лизатор содержит на два акустооптических модул тора меньше, чем известное устройство , что позвол ет снизить потребление энергии и использовать источник когерентного света меньшей мощности.

Claims (1)

1. Формула изобретени 

   Оптический спектроанализатор, содержащий последовательно оптически соединенные источник когерентного света, коллиматор, первую цилиндрическую линзу, первый акустооптический модул тор первую сферическую линзу, второй акустооптический модул тор, расположенный в задней

   фокальной плоскости первой сферической линзы, электрический вход которого соединен с входом спектроанализатора, вторую сферическую линзу и фотоприемник, электрический выход которого соединен с выхо- дом спектроанализатора, отличаю щи й- с   тем, что, с целью повышени  точности анализа, уменьшени  требуемой мощности оптического излучени  и потребл емой энергии, в него введены генератор гармони- ческого сигнала, два балансных модул тора , два генератора отсчетов, лини  задержки, сумматор, блок управлени , причем выход первого генератора отсчетов со- единен с первым входом первого балансного модул тора, выход второго генератора отсчетов соединен с первым входом второго балансного модул тора, второй вход первого балансного модул тора соединен с выходом генератора гармонического сигнала, а второй вход второго балансного модул тора соединен с выходом генератора гармонического сигнала через линию задержки , выходы первого и второго балансных модул торов подключены соответственно к первому и второму входам сумматоров, выход которого подключен к электрическому входу первого акустооптического модул тора , первый выход блока управлени  соединен с входами управлени  генераторов отсчетов, второй выход блока управлени  соединен с входом запуска источника когерентного света, а вход блока управлени  - с выходом синхроимпульсов фотоприемника,

   а также втора  цилиндрическа  линза и оптический клин, расположенные непосредственно друг за другом по ходу светового луча в задней фокальной плоскости первой сферической линзы, причем рассто ние d-между их центрами и оптической осью удовлетвор ет соотношению

   где fcp - средн   частота полосы анализа;

   Pi - фокусное рассто ние первой сферической линзы;

   А-длина волны света;

   v - скорость распространени  акустических волн в акустооптическом материале, (фокусное рассто ние Рц второй цилиндрической линзы выбрано из соотношени 

   FU

   V Р

   AAfA

   где fA - полоса анализа;

   Р - размер апертуры акустооптического модул тора, а величина угла при вершине оптического клина выбрана из соотношени 

   а arcsin

   Sin jcp A

   пс J

   где пс - коэффициент преломлени  материала , из которого выполнен оптический клин.