Акустооптический анализатор спектра

 

Изобретение относится к оптической обработке информации и предназначено для анализа спектральных характеристик широкополосных электрических сигналов. Цель изобретения - повышение точности. Анализатор содержит лазер 1, коллиматор 2, акустооптический модулятор 3, через линзу 5 оптически сопряженный с фотоприемным устройством 6, выход которого соединен с выходом анализатора спектра. Электрический вход акустооптического модулятора 3 соединен с входом анализатора спектра через предварительный усилитель 11 и полосовой фильтр 7. Для достижения цели акустооптический модулятор 3 выполнен полусферическим, ось полусферы находится на оптической оси системы. На образующей полусферы на равном расстоянии расположены сферически вогнутые пьезопреобразователи 4.1 - 4.N пропорционален полосе соответствующего полосового фильтра 7.1-7.N. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСН ИХ

РЕСПУБЛИК

ÄÄSUÄÄ 158 2 (5))5 С О1 R 23/17

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И OTHPblTHRM

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4426297/24-21 (22) 18.05.88 (46) 23.07.90. Бюл. Р 27 (71) Киевский политехнический институт им. 50-летия Великой Октябрьской социалистической революции (72) Т.P.Êëî÷êî, В.А.Остафьев и Г.С.Тымчик (53) 621. 317. 757 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

У 798619, кл. G 01 R 23/175, 1981.

Авторское свидетельство СССР

Ф 860009, кл. G 05 В 19/39, 1981. (54) АКУСТООПТИЧЕСКИЙ АНАЛИЗАТОР

СПЕКТРА (57) Изобретение относится к оптической обработке информации и предназначено для анализа спектральных характеристик широкополосных электрических сигналов. Цель изобретения — повышение точности. Анализатор содержит лазер 1, коллиматор 2, акустооптический модулятор Э, через линзу 5..оптически

° сопряженный с фотоприемным устройст2 вом 6, выход которого соединен с выходом анализатора спектра. Электрический вход акустооптического модулятора 3 соединен с входом анализатора спектра через предварительный усилигель 11 и полосовой фильтр 7. Для достижения цели акустооптический модулятор Э выполнен полусферическим, ось полусферы находится на оптической оси системы. На образующей полусферы на равном расстоянии расположены сферически вогнутые пьезопреобраэователи

4.1-4.N. Каждый из этих пьезопреобраэователей соединен с выходом предварительного усилителя 11 через последовательно включенные полосовые фильт- ры 7.1-7.N, балансные модуляторы 8.1- ®

8.N,óñèëèòåëè мощности 10.1-10.И.

К вторым входам каждого иэ балансных модуляторов 8.1-8.N подключен вход генератора опорных напряжений 9.

Прогиб сферически вогнутой поверх- 2 ности каждого из пьеэопреобраэова телей 4 1 — 4.N пропорционален полосе соответствующего полосового фильтра

7.1-7.N. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

1580274

Изобретение относится к оптической обработке информации и предназначено для анализа спектральных характеристик широкополосных электрических сиг- 5 налов, Целью изобретения является повышение точности анализа.

На чертеже представлена структурно-функциональная схема акустоопти- .. ip ческого анализатора спектра, Анализатор спектра содержит в качестве источника когерентного излучеа ния лазер 1, генерирующий излучение, содержащее, например, первую поперечную моду Гаусса-Эрмита. Он оптически связан с колиматором 2. За коллиматором 2 расположен акустооптический модулятор (АОМ) 3, выполненный полусферически так, что центр полусферы находится на оптической оси системы, а ось не пересекает образующую сферической поверхности, на которой на равном расстоянии друг от друга расположены сферически вогнутые 25 пьезопреобразователи 4.1,...,4i.N °

АОМ 3 оптически связан с линзой 5, с которой связано расположенное на оптической оси фотоприемное устройст" во б. Электроды пьеэопреобразовате- gp лей 4.1„...,4.И подключены к соответствующим электрическим каналам ввода сигнала в оптическую систему. Кажцый электрический канал содержит полосовой фильтр 7.1,...,7.N рассчитанный .на пропускание определенной полосы частот. Прогиб сферически вогнугой поверхности пьезопреобразователей 4.1, ...,4.N пропорционален ширине полосы частот соответствующих полосовьгх 40 фильтров 7 а1у а а а,7аNî .Фильтры 7а19 а а ° ф

7,N включены в первььй вход соответствующего балансного модулятора .8.1,...,8.N. К вторым входам балансных модуляторов 8.1,...,8.N подключен 4g генератор 9 опорных напряжений. Выходы модуляторов 8.1,...,8.N подключены к входам соответствующих усилителей

10.1,...,10.N мощности, содержащих устройства согласования электронного канала с соответствующим пьезопреобраэователем 4.1...,,4.N АОИ 3. Входы совокупности полосовых фильтров 7.1, ...,7.N соединены с выходом предварительного усилителя 11 электрического исследуемого сигнала.

Анализатор спектра работает следующим образом.

Исследуемый электрический сигHGJI

U(t) поступает через предварительный усилитель 11 на входы полосовых фильтров 7.1,...,7.N которые формируют полосы h,f частотного диапазона так, 1 чтобы широкополосный сигнал был полностью считан для дальнейшей обработки в оптической системе устройства без потерь информации о частотных составляющих спектра. Выходные сигналы полосовых фильтров 7.1,...,7,N поступают на первые входы балансных модуляторов 8.1,...,8.N a качестве модулирующих сигналов при формировании балансно-модулированных колебаний.

Высокочастотная несущая V,(с) к вторым входам балансных модуляторов 8.1, ...,Я.N поступает от генератора 9 опорных напряжений. На выходе модуляторов 8.1,. ° .,8.N несущая fo в спектре сигнала полностью подавлена. Тогда на выходы усилителей 10.1,...,10 N мощности поступают сигналы, представляющие собой балансно-модулированные колебания, спектры которых для каждого соответствующего канала содержат частотные составляющие исследуемого сигнала, сдвинутые вверх на частоту Ео несущей. Таким образом, весь широкополосный сигнал с входа анализатора регистрируют в различных участках частотного диапазона gf; (i=i ...,N) параллельно. Усилитель 10.1, ..., 10.N мощности содержит на выходе согласущее устройство, которое позволяет осуществлять передачу преобразованного электрического сигнала на сферически вогнутый пьезопреобраэователь 4.1,...,4.N беэ искажений, что повышает точность работы анализатора спектра ° Пьезопреобразователи 4.1,..., 4.N нанесены на сферической поверхности АОМ 3 по образующей на равном расстоянии друг от друга, что позволяет фокусировать акустические пучки в центре полусферы, расположенном на оси устройства. Сферически вогнутая поверхность выполнена так, что прогиб ее зависит от ширины полосы частот ДЕ соответствующих полосовых фильтров 7.1...,7.N. Чем меньше прогиб сферически вогнутой поверхности, тем уже частотный диапазон Q f; пьезопреобразователя 4.1,...,4.И, тем для более низких частот огибающей можно использовать преобразователь 4,1,..., 4.N. Пучок выходного излучения лазера 1 расширяет коллиматор 2. Затем способность в 1,6 раза из-за применения лазера с выходным излучением, распределение интенсивности которого содержит первую поперечную моду ГауссаЗрмита, по сравнению с излучением для нулевой моды лазера в известном устройстве. Преимуществом предлагаемого устройства является также уменьшение габаритов оптической системы по сравнению с известным устройством.

Формула и э обретения

1. Акустооптический анализатор спектра, содержащий последовательно расположенные на оптической оси лазер, коллиматор, акустооптический модулятор, электрический вход которого через полосовой фильтр и предварительный усилитель соединен с входом анализатора спектра, оптически связанный через систему линз с фотоприемным устройством, выход которого соединен с выходом анализатора спектра, отличающийся . тем, что, с целью повышения точНости анализа спектра, в него введен генератор опорных напряжений, усилитель мощности по числу каналов, а акустический модулятор выполнен полусферическим, на образующей сферической поверхности которого последовательно нанесены на равном расстоянии друг от друга сфепреобразователи, электроды которых подключены к соответствующему электронному каналу по количеству пьеэопреобразователей, причем прогиб сферически вогнутой поверхности пропор-., ционален ширине полосы частот соответствующего полосового фильтра каждого электронного канала, подключенного к первому входу балансного модулятора, выход которого подключен к соответствующему усилителю мощности, выходы усилителей мощности которых подключены к соответствующим пьеэопреобраэователям, к вторым входам балансных модуляторов подключен генератор опорных напряжений, а к входам всех полосовых фильтров подключен предварительный усилитель электрических сигналов. отличающийся тем, что, с целью повышения разрешающей способности оптической системы, попереч5 1580274 6 пучок поступает в звукопровод AOM 3 в любой точке полусферы так, что он не пересекает образующую сферической поверхности, на которой нанесены пьезопреобразователи 4.1,...4,N, а ось пучка излучения проходит через центр полусферы. За выходным окном на противоположном конце диаметра АОМ 3 фокусируют световой пучок излучения, который представляет собой дифракционное изображение светового сигнала, промодулированного по фазе дифракционной решеткой, образованной в звукопроводе AOM 3 совокупностью акустических колебаний П(е). Параметры

U (t) характеризуют исследуемый электрический сигнал U(t) на входе устройства. Для увеличения масштаба изображения эа выходным окном АОМ 3 на 2О оптической оси расположена короткофокусная линза 5. Использование линзы 5 позволяет уменьшить габариты оптической системы анализатора.

Фотоприемное устройство 6 на выходе оптической системы регистрирует спектр, содержащий частотные составляющие (f +f ) информативного сигО m нала U(t). Однако спектр светового сигнала содержит низкочастотные сос- 3О тавляющие сигнала U(t), которые недостаточно разрешаются при освещении

AOM нулевой модой излучения ГауссаЗрмита, Если выходное излучение лазера 1 в поперечном сечении соответ- З5 рически вогнутые пьезоэлектрические ствует первой моде Гаусса-Зрмита, при освещении им входного светового окна

АОМ 3 происходит дифференцирование выходного амплитудно-фазового распределения светового сигнала, модулиро- 4р ванного сигналом U<(t). В результате этого дифференцирования повышается разрешающая способность оптической системы устройства, поскольку при этом отфильтровывают дифракционные максимумы, характеризующие низкочастотные составляющие, от близко расположенных максимумов с большой площадью распределения.

При использовании предлагаемого 5О устройства по сравнению с известным повышается точность анализа спектра в 1,2 раза, поскольку раздельные пьезопреобразователи многоканального

AOM с различным прогибом сферически вогнутой поверхности обеспечивают об- 2 . Анализатор. спектра по п. 1, работку широкополосных электрических сигналов параллельно. Кроме того, в устройстве повышается разрешающая

1580274

Составитель И.Коновалов

Редактор С.Пекарь Техред Л.Сердюкова Корректор М.Шароши

Заказ 2008 Тираж 560 Подписное

ВНР1@ПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", r.Óæãîðoä, ул. Гагарина,!01 ное распределение интенсивности выходного излучения резонатора лазера соответствует первой поперечной моде

Гаусса-Эрмита.