Оптико-электронный усилитель электрических сигналов

Изобретение относится к технике усиления электрических сигналов (ЭС) и может быть реализовано в технических системах приема и обработки информации. Технический результат - повышение чувствительности, помехозащищенности, электромагнитной совместимости и скрытности функционирования аппаратуры обработки ЭС. Оптико-электронный усилитель (ОЭУ) содержит чувствительный элемент (ЧЭ) с зеркально отражающей поверхностью, пространственное положение которого изменяется под воздействием ЭС, причем клеммы для подключения к ЧЭ ЭС являются входом ОУЭ, пластину с зеркально отражающей поверхностью, обращенной к ЧЭ, источник оптического излучения, направленный на зеркально отражающую поверхность пластины или ЧЭ, и фотоприемник, выход которого является выходом ОЭУ. Принцип функционирования ОЭУ основан на преобразовании ЭС в пространственные колебания оптического луча с помощью ЧЭ, усилении амплитуды этих колебаний и преобразовании их в ЭС с помощью фотоприемника. В качестве ЧЭ может использоваться, например, пьезоэлектрическая пластина. Усиление пространственных колебаний оптического луча по амплитуде происходит при его распространении между ЧЭ и зеркальной пластиной путем последовательного отражения от каждой из них. Высокий коэффициент усиления обеспечивается многократным отражением оптического луча от колеблющегося ЧЭ. 1 ил.

 

Изобретение относится к технике преобразования и усиления электрических сигналов и может быть использовано в технических системах приема и обработки информации.

Известен усилитель электрических сигналов, содержащий активный радиоэлемент (транзистор, радиолампу) и корректирующие цепи, принцип действия которого заключается в управлении малым входным напряжением внутренним сопротивлением соответствующего радиоэлемента, что обеспечивает адекватное изменение тока или напряжения на выходе усилителя (Жеребцов И.П. Радиотехника. - М.: Связь, "Советское радио", 1965, с.186, 286).

Недостатками такого усилителя являются:

- влияние на его входные цепи электромагнитных помех, что приводит к существенному искажению сигналов и нарушению работоспособности усилителя;

- наличие шумов и ограниченная полоса пропускания, что также приводит к искажению сигналов и снижению чувствительности усилителя;

- возникновение в процессе усиления сигналов побочных электромагнитных излучений, создающих канал утечки информации и помехи для других электронных устройств.

Техническим результатом применения предлагаемого оптико-электронного усилителя является повышение чувствительности, помехозащищенности, электромагнитной совместимости и скрытности функционирования усилителей электрических сигналов.

Указанный технический результат достигается тем, что оптико-электронный усилитель содержит чувствительный элемент в виде пластины, изменяющий свое пространственное положение под воздействием электрического сигнала, вход которого являются входом усилителя, а одна сторона имеет зеркально отражающую поверхность, пластину с зеркально отражающей поверхностью, обращенной к зеркально отражающей поверхности чувствительного элемента, источник оптического излучения, направленный на зеркально отражающую поверхность пластины или чувствительного элемента, и фотоприемник, выход которого является выходом усилителя.

Достижение технического результата обусловлено:

- возможностью обеспечения высокого отношения сигнал/шум на выходе усилителя пространственных колебаний оптического луча за счет его многократного отражения от колеблющегося чувствительного элемента;

- независимостью направления распространения оптического излучения от известных физических полей;

- невозможностью проникновения оптического излучения через непрозрачные материалы.

Изобретение поясняется чертежом, на котором представлена схема расположения элементов оптико-электронного усилителя электрических сигналов.

Фотоприемник (4) предназначен для преобразования пространственных колебаний оптического луча в электрический сигнал. Указанное преобразование может быть реализовано при неполном перекрытии входного зрачка фотоприемника оптическим лучом, в результате чего пространственные колебания последнего приведут к изменению площади перекрытия и появлению на выходе фотоприемника соответствующего этим изменениям переменного электрического сигнала. Фотоприемник в данном случае выполняет функцию коррелятора, интегрируя поступающий на его вход поток излучения и формируя тем самым отклик на изменение пространственного положения оптического луча (Патент РФ на полезную модель №62319 "Оптический преобразователь").

Оптический луч (5), распространяясь между чувствительным элементом (1) и зеркальной пластиной (2) путем последовательного отражения от каждой из них, освещает входной зрачок фотоприемника (4). В качестве чувствительного элемента может использоваться, например, пьезоэлектрическая пластина (Л.З.Криксунов. Справочник по основам инфракрасной техники. - М.: Советское Радио, 1978, с.219). Под воздействием электрического сигнала пьезоэлектрическая пластина изменяет свое угловое положение, как это показано на чертеже. В этом случае увеличение амплитуды отклонения оптического луча относительно фотоприемника происходит за счет увеличения дальности между точкой первого отражения луча от чувствительного элемента и фотоприемником, а также за счет того, что при каждом отражении оптического луча от чувствительного элемента изменяется его направление на величину 2Δα, где Δα - угол отклонения чувствительного элемента (1). В случае изгиба чувствительного элемента в сторону его отклонения изменение направления оптического луча при каждом последующем его отражении от чувствительного элемента становится более значительным, что способствует увеличению коэффициента усиления оптико-электронного усилителя.

Такой усилитель не содержит активных и пассивных радиоэлементов, поэтому полоса его пропускания практически неограниченна, а при высокой точности изготовления зеркальных поверхностей его нелинейные искажения будут незначительными. Кроме того, он не имеет предела устойчивости, поэтому при увеличении количества отражений оптического луча от чувствительного элемента (1) и пластины (2) можно обеспечить высокий коэффициент усиления, не переходя в режим самовозбуждения.

Шумы на выходе фотоприемника складываются из шумов самого фотоприемника и квантовых шумов оптического излучения. Однако эти шумы не усиливаются вместе с полезным сигналом (пространственными колебаниями оптического луча), поэтому отношение сигнал/шум на выходе фотоприемника может быть увеличено до требуемого значения за счет повышения коэффициента усиления оптического усилителя. "Внутренним" шумом усилителя, который может усиливаться вместе с полезным сигналом, являются колебания его неподвижных элементов (источника оптического излучения 3, зеркальной пластины (2) и фотоприемника) под воздействием внешних сигналов, распространяющихся посредством возмущения окружающей среды (воздуха, подстилающей поверхности и так далее). Но при соответствующем конструктивном исполнении предлагаемого устройства (жесткое крепление перечисленных элементов к основанию корпуса, монолитное исполнение, использование для изготовления корпуса вязких материалов и так далее) их колебания будут несущественными по сравнению с колебаниями чувствительного элемента.

Оптико-электронный усилитель электрических сигналов содержит чувствительный элемент с зеркально отражающей поверхностью, пространственное положение которого изменяется под воздействием электрического сигнала, причем клеммы для подключения к чувствительному элементу электрического сигнала являются входом усилителя, пластину с зеркально отражающей поверхностью, обращенной к чувствительному элементу, источник оптического излучения, направленный на зеркально отражающую поверхность пластины или чувствительный элемент, и фотоприемник, выход которого является выходом усилителя.