Акустооптический спектроанализатор

 

Изобретение относится к радиотехнике . Может быть использовано для спектрального анализа широкополосных радиосигналов в реальном масштабе времени . Цель изобретения - повышение точности измерения фазы. Для достижения поставленной цели в устройство допохшительно введены акустооптический модулятор 5 и фазовращатели на 11/2 14. Также устройство содержит импульсный лазер 1, фильтр 2, коллиматор 3, акустооптические модуляторы 4, 6, цилиндрические линзы 7, 9, щелевую диафрагму 8, .линейки фотоприемников 10, 11, 12, 13, генератор 15 час- |Тоты. Конструкция акустооптических модуляторов 4, 5, 6 содержит акустооптический кристалл и пьезопреобразователн. Введение новых элементов обеспечило одинаковый сдвиг фаз между интерферирующ1ши на линейках 11, i 2 пучками. Повышение точности также обуславливается ликвидацией непараллельности плоскостей модуляторов за счет исполнения их на одном кристалле . 1 з.п. ф-лы, 2 ил. (Л ND СО Oi CD сл со

СОЮЗ СОВЕТСНИХ соцИАлист1иесних

РЕС1 1УБЛИН (51) 4 G 01 R 23/17

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ

Я

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ "", К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 3967895/24-21 (22) 17.10.85 (46) 15.03.87. Бюл. Ф 10 (71) Всесоюзный заочный машиностроительный институт . (72) А.А. Титов (53) 621.317.757(088.8) (56) Терпин Т.М. Спектральный анализ сигналов оптическими методами. ТИИЭР, 1981, Т. 69, Ф l, с. 92 108.

Авторское свидетельство СССР

Ф 1204120, кл. Н 04 В 9/00, 1985. (54) АКУСТООПТИЧЕСКИЙ СПЕКТРОАНАЛИЗА

ТОР (57) Изобретение относится к радиотехнике. Может быть использовано для спектрального анализа широкополосных радиосигналов в реальном масштабе .вре мени. Цель изобретения — повышение точности измерения фазы. Для достиже„.SU„„1296959 А 1 ния поставленной цели в устройство дополнительно введены акустооптический модулятор 5 и фазовращатели на 11/2 14. Также устройство содержит импульсный лазер 1, фильтр 2, коллиматор 3, акустооптические модуляторы 4, 6, цилиндрические линзы 7, 9, щелевую диафрагму 8, линейки фотоприемников 10, 11, 12, 13, генератор 15 частоты. Конструкция акустооптических мо- дуляторов 4, 5, 6 содержит акустооп- тический кристалл и пьеэопреобразовате щ. Введение новых элементов о6еспечило одинаковый сдвиг фаз @/2 между интерферирующнми на линейках 11, 12 пучками. Повышение точности также обуславливается ликвидацией непараллельности плоскостей модуляторов sa счет исполнения их на одном кристалле. l з.п. ф-лы, 2 ил.!

296959

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано для спектрального анализа широкополосных радиосигналов в реальном масштабе времени. 5

Цель из обре те ния — по вышение точности измерения фазы.

На фиг. 1 изображена функциональная схема акустооптического спектроанализатора; на фиг. 2 — конструкция блока модуляторов.

Акустооптический спектроаналиэатор содержит импульсный лазер-l, выход которого через фильтр 2, формирующий пучок с однородным распределением интенсивности, поступает на коллиматор 3, выход которого оптически соединен с акустооптичеокими модуляторами 4-6, которые через последовательно оптически соединенные первую цилиндрическую линзу 7, щелевую диафрагму 8, вторую цилиндрическую линзу 9 оптически соединены соответственно: модулятор 6 — с линейками ll — 12 фотоприемников, модулятор 5 через мо35 дулятор 6, линзу 7, диафрагму 8 и линзу 9 — с линейкой 12 фотоприемников, модулятор 4 через линзу 7, диафрагму 8 и линзу 9 — с линейкой !3 фотоприемников. Вход модулятора 5 че3Г рез фазовращатели 14 на — электри2 чески соединен со вторыми выходами генераторов 15 частот, первые выходы котоРых электрически соединены с вхо- 35 дом модулятора 4. Вход модулятора 6 является шиной входного сигнала.

Конструкция блока модуляторов содержит акустооптический кристалл 16 и пьезопреобразователи 17-19.

Акустооптический спектроаналиэа — тор работает следующим образом.

Луч ьмпульсного лазера I через фильтр поступает на коллиматор 3, который расширяет пучок, чтобы осветить 45 апертуры акустооптических модуляторов 4-6. Ширина модулятора 6 выбирается равной t 32 где f — шаг

М6 i@If п между линейками фотоприемников. Ширирина модулятора 5 выбирается равной 5!! где à — ширина линейки 11 фотоприемников. Ширина модулятора 4 выбирается равной 21 „.

Таким образом, модулятор 6 оптически соединен с линейками 10-12, мо- 55 дулятор 5 — с линейкой 11, модулятор 4 — с линейками 12 и 13. Цилиндрическая линза 7 фокусирует дифрагированные на модуляторах 4-6 лучи в где ьй — полоса частот сигнала;

H — высота модулятора;

U — - скорость звука в модуляторе.

Количество фотоприемников в каждой

"из линеек выбирается равным N, количество генераторов 15 также равно

N.

Частоты генераторов 15 выбираются следующим образом:

f + — 1 лй

Ъ; о N (2) где f — несущая частота радиосигнала!

-2-10123"

И N

2 2

Фазовращатели 14 сдвигают фазу на

Л выходе каждого генератора 15 на—

Таким образом,, на модулятор 4 поступают N опорных сигналов с частотами, определяемыми по выражению (2), а на модулятор 5 поступают такие же сигналы, но.сцвинутые на — . На каждом из и фотоприемников линеек ll и 12 опорный и сигнальный пучки будут интерферировать. Тогда можно записать следующее выражение для интенсивностей света на i-ом фотоприемнике линеек 11 и 12:

2 2 сов(Р;(х,G)l, (3) плоскость щелевой диафрагмы 8, которая выделяет только первые порядки дифрагированных лучей. Цилиндрическая линза 9 увеличивает по одной координате изображение спектра до размера линейки фотоприемников.

В соответствии с вышерассмотренными связями модуляторов 4-6 с линейками 10-13, на линейку 10, которая измеряет амплитудный спектр сигнала, будет поступать дифрагированный свет первого порядка от модулятора 6. На линейке ll будут интерферировать лучи от модуляторов 5 и 6. На линейке 12 будут интерферировать лучи от модуляторов 4 и 6. На линейку 13 будут поступать дифрагированные лучи от модулятора 4.

Разрешающая способность Я акустооптического спектроаналиэатора по частоте определяется известным соотношением:

N = af -, (I)

+ 2Aî, А о ;

1296959

Ф о р м у л а и з о б р е т е н и я

sin(9;(x,0) (4) где А,„, и A s. — амплитуды опорного и сигнального лучей 5 для 1-й составляющей;

Ф (х,o) — преобразованная по

Фурье фаза i-й частотной составляющей 10 радиосигнала, х— координата в плоскости линеек фотоприемников. !

Из выражений (3)

9, 1х,О = arctg r. и (4) получим:

9.

«Х„-Ау А

I -А,,. -А

В прототипе фаза измеряется с погрешностью, обусловленной принципиально неустранимыми отличиями от 3/2 сдвигов фаз между интерферирующими пучками Х„ и l, из-за зависимости 25 угла падения света первого порядка дифракции на четвертьволновую пластину от частоты модуляции опорного сигнала.

В предлагаемом акустооптическом спектроанализаторе за счет введения фазо- З0 вращателей 14 и третьего акустооптического модулятора 5 обеспечивается одинаковый сдвиг фаз Ф/2 между интерферирующими на линейках 11 и 12 пучками. В результате измерения величина 35

i-й частотной составляющей свободна от указанной погрешности прототипа, что и обеспечивает более высокую точность измерения.

Другой источник случайной фазовой 40 погрешности, имеющий место в реальной практике из-за непараллельности плоскостей акустооптических модуляторов вследствие ограниченных возможностей их взаимной юстировки, может быть устэ5 ранен конструктивным исполнением модуляторов 4-6 на одном акустооптическом кристалле 16 (фиг. 2).

l. Акустооптический спектроаналиэатор, содержащий импульсный лазер, выход которого через последовательно соединенные фильтр и коллиматор оптически соединен с оптическими входами первого и второго акустооптических модуляторов, оптический выход первого акустооптического модулятора через последовательно соединенные первую цилиндрическую линзу, щелевую диафрагму, вторую цилиндрическую линзу оптически соединен с оптическими входами первой, второй и третьей линеек фотоприемников, а вход является входной шиной, второй акустооптический модулятор оптически соединен с первым акустооптическим модулятором и непоредственно через первую цилиндрическую линзу, щелевую диафрагму, вторую цилиндрическую линзу оптически соединен с четвертой линейкой фотоприемниКоВ вход второго акустооптического модулятора электрически соединен с первыми выходами генераторов частот, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерения фазы, в него введены третий акустооптический модулятор и фазовращатели на

11/2, входы которых электрически соединены с вторыми выходами соответствующих генераторов частот, а выходы электрически соединены с входом третьего акустооптического модулятора, оптический вход которого оптически соединен с выходом коллиматора, а оптический выход через последовательно соединенные первый акустооптический модулятор, первую цилиндр.тческую линзу, щелевую диафрагму, вторую цилиндрическую линзу оптически соединен с оптическим входом второй линейки фотоприемников.

2. Спектроаналиэатор по п. 1, о тл и ч а ю шийся тем, что все . три акустооптических модулятора конструктивно выполнены на одном кристалле.

1296959

17 фие2

Составитель И. Коновалов

Редактор А. Ревин Техред А.Кравчук Корректор О. Луговая

Закаэ 773/47 Тираж 731 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам иэобретений и открытий

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

Производственно-полиграфическое предприятие, r. Ужгород, ул. Проектная, 4