Оптический спектроанализатор

 

Изобретение относится к технике оптической обработки информации и предназначено для спектрального анализа в реальном масштабе времени. Цель изобретения - расширение полосы анализа Устройство содержит источник света 1, подключенный к входу спектроанализатора, согласующую линзу 2, матрицу оптических масок 6 и фотоприемник 9, подключенный к выходу устройства . Для достижения цели в устройство введены первая анаморфотная система, состоящая из сферической 4 и цилиндрической 5 линз, вторая анаморфотная система, состоящая из сферической 7 и цилиндрической 8 линз, а также жгут 3 волоконных световодов . Все входные торцы волноводов находятся в одной плоскости, а выходые, также находящиеся в одной плоскости, уложены в линию и упорядочены по длине. 1 ил. ё

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)л G 01 R 23/17

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4706371/21 (22) 14.06.89 (46) 30.06.91. Бюл. ¹ 24 (71) Ленинградский электротехнический институт связи им. проф. M.À. Бонч-Бруевича (72) А.С. Блок и В.И. Яковлев (53) 621.317(088.8) (56} Lee I.N. et а1. SPiE vol. 341, Real Time

Signal Processing, Ч, 1982, р.р. 86-93.

Bromley et al. Proc, SPIE vol 373, Transformations in Optical Signal

Processing, 1981, р.р. 95-109. (54) ОПТИЧЕСКИЙ СПЕКТРОАНАЛИЗАТОР (57) Изобретение относится к технике оптической обработки информации и предназначено для спектрального анализа в реальном

ЯЛ,, 1659895 А1 масштабе времени, Цель изобретения — расширение полосы анализа. Устройство содержит источник света 1, подключенный к входу спектроанализатора, согласующую линзу 2, матрицу оптических масок 6 и фотоприемник 9, подключенный к выходу устройства, Для достижения цели в устройство введены первая анаморфотная система, состоящая из сферической 4 и цилиндрической 5 линз, вторая анаморфотная система, состоящая из сферической 7 и цилиндрической 8 линз. а также жгут 3 волоконных световодов. Все входные торцы волноводов . находятся в одной плоскости, а выходые, также находящиеся в одной плоскости, уложены в линию и упорядочены по длине, 1 ил.

1659895

Изобретение относится к области оптической обработки информации и может быть использовано е спектральном анализе сигналов в реальном масштабе времени.

Целью изобретения является расшире- 5 ние полосы анализа.

На чертеже дана функциональная схема оптического спектранализатора., Устройство содержит последовательно расположенные на одной оптической оси и 10 оптически связанные источник света 1, вход управления которого соединен с входом спектрального анализатора, согласующую линзу2, жгут3 волоконныхсветоводов, первую анаморфотную систему, состоящую из 15 первой сферической линзы 4 и первой цилиндрической линзы 5, матрицу оптических масок 6, вторую анаморфотную систему, состоящую из второй сферической линзы 7 и втооой цилиндрической линзы 8. и фотопри- 20 емник 9, подключенный к Bûходу устройства. На входном торце жгута 3 волоконные световоды укладываются B пучок B произвольном порядке, а на выходном торце жгута 3 волоконные световоды укладываются в 25 линию и упорядочиваются по длине, а их торцы находятся в одной плоскости, Устройство работает следующим образом.

Непрерывный анализируемый сигнал 30

U(t) поступает на вход управления источника света 1 и осуществляет модуляцию его излучения, Промодулированный сигналом световой поток через согласующую линзу 2 попадает на жгут 3, состоящий иэ N eono- 35 конных световодов разной длины, Неодинаковая длина волоконных световодов приводит к различным временным задержкам светового сигнала на их выходах. На входном торце жгу га волокна укладываются 40 в пучок любого принятого сечения (например, квадратного, гексагонального и т.д.), причем укладка волоконных световодов может осуществляться произвольным образом. На выходном торце волоконные 45 световоды укладываются в линию, их торцы находятся в одной плоскости и упорядочиваются по длине, Длина каждого отдельного волоконного светсвода выбирается исходя из требуемой полосы анализа входного сиг- 50 нала, Известно. что при распространении в волоконном световоде световой сигнал получает временную задержку. Эта задержка характеризуется погонной задержкой

t(— ), которая в кварцевом волокне соС 55 ставляет 5 нс/м, При появлении оптического сигнала на входе жгута волоконных

I световодов в момент времени t =0 на выходах отдельных волоконных световодов оптический сигнал появится в следующие моменты времени to=fo т, т =-fix, ... тм-t=4 > t, где fo, f>, ... 4-< — длины отдельных волоконных световодов, Таким образом, при подаче на вход устройства непрерывного сигнала

U(t) на выходе жгута волоконных световодов формируется набор оптических сигналов, пропорциональных отсчетам входного сигнала, взятым через интервал времени

Лt = Aft, где Af=fí+ -4(n=0, 1, 2, ..., N 1), Если верхняя частота анализируемого сигнала Еп, то каждое последующее волокно должно быть длиннее предыдущего на величину Af = -(—. Так, при Ев=1 ГГц If=10

2 (-ц Г см. Длина каждого отдельного волоконного световода определяется соотношением п — fo + 2 Е где fo — длина самого короткого волоконного световода выбирается иэ конструктивных соображений; и — порядковый номер волоконного световода.

Световое распределение с выхода жгута 3 волоконных световодов, соответствующее набору дискретных отсчетов анализируемого сигнала U(n At), с помощью первой анаморфотной системы. состоящей из первой сферической линзы 4 и первой цилиндрической линзы 5, переносится на матрицу оптических масок 6, на которой записаны N дискретных базисных функций

2л nk сов, где k — номер дискретного отсчета базисной функции, а и — номер базисной функции, соответствующий номеру волоконного световода, k=1, 2...., К,а К вЂ” число дискретных отсчетов базисной функции. Запись каждой базисной функции занимает отдельную вертикальную дорожку на матрице оптических масок 6.

В общем случае анализируемый сигнал является двуполярным. Поэтому зависимость между интенсивностью света источника и амплитудой модулирующего источника анализируемого сигнала должна быть записана следующим образом

4(т) = а+ ЬО(т). где а и Ь вЂ” постоянные. определяемые параметрами источника света, причем а/Ь=|0(1) макс.

Соответственно интенсивность света на выходном торце и-го волоконного световода будет ! (nA t) = а + bU(n At).

Поскольку косинус является также двуполярной функцией, то коэффициент пропускания оптической маски с записью и-й

1659895

40

55 базисной функции будет иметь следующий вид

Т. {x) = {с + d cos — — ) f {х — kx,), 27г П1 где с и d — постоянные, определяемые параметрами среды, на которую производится запись оптичеСкой маски, f(x) — функция. описывающая закон изменения коэффициента пропускания в элементе маски, На теневой стороне п-й оптической маски матрицы 6 интенсивность света определяется произведением гьй ..

1(ла|)т„(х1 (ас bc U(n dt s+ ad cos „+ ас. k - ЬЬ U(ndt)coS )f (x-kx,).

С помощью второй анаморфотной системы, состоящей из второй сферической линзы 7 и второй цилиндрической линзы 8, в плоскости фотоприемника 9, представляющего собой линейку. состоящую иэ К фотодиодов, осуществляется суммирование всех

N световых распределений с теневой стороны матрицы оптических масок 6.

Интенсивность света на светочувстви.тельной поверхности k-го фотодиода будет

N — 1

Jk {х) = $ 1 {n ЛТ) Тп {х), и =о а его выходной сигнал

Х) +dr(2 HJx(x)d» - B dxfac kibe + 0(лДй)+

Хх; hxl2 л=о й- г-„„ н2ллН1

+gd + cos „" +bd 0(лдЦсо5 ла л о где Л х — размер светочувствительной площадки фотодиода; хо — расстояние между соседними фотодиодами; дх

6=j Й(х)дх.

-дай

Первый член выражения в квадратных скобках представляет собой постоянный уровень, второй член пренебрежимо мал, если анализируемый сигнал не содержит спектральных компонент на частотах. близких к нулю. Третий член равняется нулю при всех значеиях К кроме К=О, N, 2N, ... (это легко показать, используя формулу для.суммы геометрической прогрессии), т.е. в местах расположения фотодиодов помеха, N -1 2 1 описываемая членом аб „ . cos

n =-О отсутствует. Наконец, четвертый член с точностью до постоянного множителя представляет собой k-й отсчет косинусного преобразования Фурье дискретного сигнала U(nh t).

Совокупность выходных сигналов всех

К фотодиодов представляет собой дискретное косинусное преобразование Фурье анализируемого сигнала. Для получения синусного преобразования Фурье достаточно использовать оптические маски, . 2т и к

sin - . Верхняя частота анализируемого сигнала ограничивается в предлагаемом устройстве лишь максимальной частотой модуляции источника света и инерционностью фотоприемника. Так, при использовании серийно выпускаемых отечественной промышленностью источника света ИЛПН-206 и фотодиодов ФД 119 устройство может обеспечить спектральный анализ сигналов в полосе до 1,5 ГГц, тогда как в устройстве-прототипе полоса анализа не превышает 10 МГц.

Формула изобретения

Оптический спектроанализатор, содержащий последовательно расположенные на одной оптической оси и оптически связанные источник света, вход управления которого соединен с входом спектроанализатора. согласующую линзу, матрицу оптических масок, фотоприемник, подключенный к выходу спектроанализатора.отличаю щий с я тем,что,с целью расширения полосы анализа, введены последовательно расположенные на той же оптической оси между согласующей линзой и матрицей оптических масок жгут, состоящий из N волоконных световодов, длины (г1 которых определены соотношениями

r.;= o + пфсв а, где fo — длина самого короткого иэ волоконных световодов;

Рв — верхняя частота спектра анализируемого сигнала;

z — погонная временная задержка оптического сигнала в волоконном световоде; п — номер волоконного световода;

N — число дискретных отсчетов анализируемого сигнала, и первая анаморфотная система, состоящая из первой сферической и первой цилиндрической линз, а также расположенная на той же оптической оси между матрицей оптических масок и фотоприемником вторая анаморфотная система. состоящая иэ вторых сферической и цилиндрической линз, причем в жгуте все входные торцы волоконных световодов находятся в одной плоскости и уложены произвольным образом, а все выходные торцы, находящиеся в одной пло1659895

Составитель И. Коновалов

Редактор О.Спесивых Техред М.Моргентал Корректор А.Осауленко

Заказ 1841 Тираж 433 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул,Гагарина, 101 скости, уложены в линию и упорядочены по длине так, что каждый последующий торец принадлежит более длинному волоконному световоду, чем предыдущий.