Акустооптический анализатор спектра

 

С0О3 СОНЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСпИЬЛин

09 (11) A (51) 5 С 01 R 23/16

С ПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

ГОсудАРстаенный нОмитет сссР

ГЮ ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (46) 23.,01.92. Бюп. Х - 3 (21) Зб14536(21 (22) О!.07.83 (71) Институт радиотехники и электроники АН СССР (72) Ю.Л.Копылов, Е.И.Кораблев и .В. В. Проклов (53) 621.317..44(088.8) (56) Патент США В 4001577, кл. 324-77 К, опублик. 1977, (54 )(57 ) АКУСТООПТИЩСКИЙ. АНАЛИЗАТ0Р СПЕКТРА, содержащий по крайней мере один оптический волновод, расйоложенный на подложке из оптически прозрачного анизотропного кристалла, по крайней мере одну пару возбудителей коллинеарно распространяющихся в волиоводе поверхностных оптических и акустических волн, расположенную на оптйческом волн6впде на прямой, ориентированной под углом к оптической оси кристалла, и детекторы оптического излучения, о т л и ч а ю— шийся тем, что, с целью расширения динамического диапазона и повышения чувствительности устройства, он дополнительно содержит по крайней мере один поляризационный, фильтр, расположеннйй на торце подложки, ближайшем к возбудителю оптических волн, при этом детекторы оптического излучения расположены на поверхности поляризационного фильтра, а противоположный торец подложки ограничен цилиндрической поверхностью с фокальиой плоскостью, совпадающей с поверхностью поляризационного фильтра, и покрыт отражающей для оптического излучения пленкой.

Ф I2j

Изобретение относится к измерительной технике, а именно к акустооптическому анализу спектра .радиосигналов с использованием взаимо" действия поверхностных акустических и оптических волн в оптическом волноводе, и может быть использовано в приборостроении, радиотехнике. и радиолокации для анализа спектра сигналов в реальном масштабе времени.

Цель изобретения — расширение динамического диапазона и повышение чувствительности устройства.

Повышение чувствительности достигается за счет использования в устройстве дифрагировакных световых пучков с направлением поляризации, соответствующим анизотропной дифракции,. эффективность которой ка дватри порядка выше эффективности изотропной дифракции. Расширение динамического диапазона достигается за счет оцраничекия шумов от парезитивной засветки, возникающей из-за расстояния оптического излучении из волновода в подложку.

На чертеже представлена структурная схема анализатора.

Анализатор спектра содержит оптический нолновод I, расположенный иа подложке 2 иэ оптически прозрачного анизотропиого кристалла, например из ниобата лития, возбудители 3 и

4, соответственно поверхностных оптических и акустических волн, расположенные на оптическом волноводе

I на прямой АА, ориентированной под углом к оптической оси 00 кристалла, поляризационкый фильтр 5, расположенный на торце 6 подложки 2, ближайшем к возбудителю 3 поверхностных оптических волн, и детекторы .7 оптического излучения, распо= ложенные один под другим в виде линейки на поверхности поляризациокного фильтра 5. Противоположный торец подложки ограничен поверхностью с фокальной плоскостью, совпадающей с поверхностью поляризационного фильтра S и покрыт отражающей для оптического. излучения пленкой 8.

К возбудителю 4 поверхностных акустических волн подключен источник 9 анализируемого сигнала, например .антенна.

Оптический волновод I BblnoJIHpR в виде диффуэионного или эпитаксиального слоя на поверхности подлож2!67 2 ки 2. Возбудителн 3 новерхпостnblx оптических волн может быть выполнен н виде лазера,.в частности полупроводникового лазера, например, из арсенида галлия, оптически связанного с нолноводом I. Возбудитель

4 поверхностных акустических волн выполнен в виде встречно-штыревого, преобразователя.

Угол между прямой AA и оптической осью 00 кристалла выбирается в зависимости от среза кристалла, например, н случае У-среза ниобата лития угол о может выбираться в о о пределах от 10 до 90, оптимально— о от 60 до 90 . В случае 4 -среза ниобата лития ориентация прямой АА на поверхности .волновода 1 может быть произвольной, так как оптическая ось 00 кристалла перпендикулярна плоскости волновода

Поляризационный фильтр 5 н данном варианте устройства выполнен в виде скошенного под углом Врюстера участ ка торца 6 подложки 2. Отражающая пленка 8 может быть изготовлена в виде тонкого слоя металла, например алюминияр толщинои> достаточной для получения коэффициента отражеЗО ния больше или равном 99,8Ж, или

s н иaд е e м нaоoг оoс лnоo йnн оoй a с тTрpуYкKтTу рpbы, включающей, например, слой Т10 (первый слой), несколько слоев SiO и слой . TiO, при этом количество слоев

8i0z выбирается таким, чтобы обеспечить коэффициент отражения пленки 99,8Z.

Анализатор спектра работает следующим образом.

Возбудитель 3 поверхностных on тических волн нозбуждает поверхностную оптическую нолну, распространяющуюся в оптическом волноноде вдоль прямой АА. Возбудитель 4 поверхностных акустических волн пре45 образует электромагнитную волну анализируемого радиосигнала, поступающего с ксточника 9, в поверхкостнув акустическую волну, распространяющуюся, также вдоль прямой АА.

56 В результате коллинеарного аку стооптического взаимодействия в . подложку 2 излучается дифрагированное оптическое излучение, угол отклонения которого зависит от частоты электромагнитной волны. При выбранных каправлениях распространения оптической и акустической волк относительно оптической оси аниэо1212167

Составитель А.Орлов

Редактор Т.Янова Техред Т,Тулик Корректор О.Луговая

Тйраж. Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская .наб., д. 4!5

Заказ .793

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4 тропного кристалла,как было установлено экспериментально, наблюдается два типа дифракции: иэотропная и анизотропная. Нри этом имеется по крайней мере два дифрагированных пучка оптического излучения: один с поляризацией, совпадающей с поляризацией поверхностной оптической волны, соответствующий изотропной дифракции, и другой с поляризацией, направление которой отличается от направления поляризации поверхностной оптической волны, соответствующий аниэотропной дифракции. Кроме того, эффективность иэотропной дифракции на два-три порядка выше эффективности изотропной дифракции.

Таким образом, в подложку 2 при одной частоте. радиосигнала в резуль. тате акустооптического взаимодействия отклонения проходят по крайней мере два оптических дифрагированных пучка с различной поляризацией. Распространяясь в подложке 2, они попадают на отражающую пленку

8, расположенную на торце подложки.2, ограниченном цилиндрической поверхностью, отражаются от нее и фокусируются на поверхности поляриеационного .фильтра 5. .Оптический дифрагированный пучок с направлением поляризации, соответствующим анизотропной дифракции, проходит через поляризационный фильтр 5 и поступает на один из детекторов 7 оптического излучения.

Остальное излучение, а именно оптический дифрагированный пучок с направлением поляризации, соответствующим изотропной дифракции, и параэитная засветка, отражается от фильтра S. При изменении частоты анализируемого сигнала изменяется

1Î угол дифракции, и сфокусированный пучок дифрагированного излучения перемещается от одного детектора .7 к другому.

Таким образом; .сигнал на выбран15 ном детекторе соответствует определенной частоте спектра анализируемого сигнала.

В иэготовительном макете анали20 затора подложка выполнена из ниобата лития, оптическая ось которого лежит в плоскости волновода под о углом 90 к оси АА. Волновод выпол- нен диффуэией титана в подложку .

25 В качестве возбудителя поверхностных оптических воли используется лазер с длиной волны излучения Ъ„

=0,63 мкм. Возбудителем поверхностных акустических волн служит встреч" но-штыревой преобразователь с центральной частотой 550 ИГц. При дли- не кристалла вдоль оси АА; равной

3 см, получено частотное разрешение 100 КГц, при этом динамический диапазон составляет 50 дБ, а чувствительность 2 ИкВт.