Устройство для обработки оптической информации

 

О П И" С",А."„И ;-И, Е

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

Союз Советских

Социалистических

Республик (11) 485473, К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 04.07.72 (21} 1804321/18-24 с присоединением заявки №вЂ” (23) Приоритет— (43) Опубликовано25.09.75 Бюллетень №35 (51) М. Кл. & 0 g 100

Государственный квинтет

Саввта Министров СССР по делам иаобратеиий и открытий (53) УДК62-503:535. . 2 (088.8 ) (45) Дата опубликования описания 28.11.75

А. А. Надточий (72) Автор изобретения (71) Заявитель (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОБРАБОТКИ ОПТИЧЕСКОЙ

И НфОРМА11ИИ

Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике.

Известны устройства для отсчета и съема данных на выходе системы оптической обработки сигналов, содержашие источ- ник когерентного света, одной частью пучка связанный с входом системы оптической обработки сигналов, в выходной плоскости которой установлена подвижная точечная диафрагма, фотоумножитель, соединенный с входом усилители, и блок регистрации. Бель изобретения — расширение области

er о применения. . Предлагаемое устройство отличается ат известных тем, что в него введены блок и формирования опорной волны, выполненный в виде электромеханического модулятора, диск которого, имеюший прямоугольные прорези, установлен в обшей фокальной плоскости двух софокусных линз, одна из gp которых-входная оптически связана со второй частью пучка источника когерентного света, за другой линзой на пути пучка nocl ледовательно установлены элемент для сдвига фазы пучка на, например, i 25 плоскопараллельная пластина, и выходная отклоняюшая призма, блок вычитания, пер- вым входом соединенный с выходом усилителя, а выходом подключенный к входу блока регистрации, и источник постоянного н.»пряжения, соединенный со вторым входом блока вычитания.

Н@ чертеже приведена блок-схема устройства.

Устройство содержит источник 1 кагерентного света, одной частью пучка связанный с входом системы 2 оптической обработки сигналов, в выходной плоскости 3 которой установлена подвижная точечная диафрагма 4, фотоумножитель 5, соединенный с входом усилителя 6, и блок регистр;»пии 7. Кроме того, устройство содерж ит блок формирования опорной волны, выполненный в виде электромеханического модудятора 8, диск которого, имеюший»трямоугольные прорези, установлен в обшей фокальной плоскости двухсофокуснь»х линз 9, 10, одна из которых — входная 9 оптически связана со второй частью пучка источник»

1 когерентного света, за другой линзой I 0 на пути пучка последовательно установлены элемент для сдвига фазы пучка на например, плоскопараллельная пластина 1 1, и выходная отклоняющая призма 12, блок вычитания 13 и источник 14 постоянного напряжения.

Устройство работает следующим образом.

На выходе оптической системы обработки сигналов 2 имеем функпию двух пере- щ менных

Ф 9:) ,К" (x,у = ар,pie " ()

1 где g (g q) и (9> и фаза комплексной функции соответственно.

Это значит, что в выходной плоскости оптической системы 2 обработки сигналов распределение амплитуды и фазы электромагнитного поля световой волны соответствует функции (s,ф.

Введем в выходную плоскость опорную когерентную волну света. В общем случае амплитудно-фазовое распределение, создаваемое опорной волной в выходной пло- 25 скости, может быть любым, но известным.

Для простоты положим, что опорная волна будет плоской, фазовый фронт которой параллелен оси ординат и образует угол

9 с осью абсцисс. 30

В выходной плоскости будет наблюдаться интерференция двух волн

Ь1(,д,tJ =$(,У Е"" = . С Р< х,я « :<3

= о(,ц)е

-i.ksime х if,ф «у,) { .y,t.)= u e

me ٠— круговая частота световой волны;

Ьо V Чо — амплитуда и начальная фаза опорной волны, соответственно;

АР j) — фаза комплексной функции 2 (х, ц,}; Й 45 — — волновое число; .Я вЂ” длина волны света;

Р и Ц вЂ” координаты в вь ходной плоскости;

Ф вЂ” время.

Интенсивность суммарного поля будет

50 равна Ф

Уг=ХГу1 Еи Ь1 Ь1 (Ф) — у д (у а() 6 д: 4 4. „" х Йд а. (А, q) ° (.,9 К п Х - 0.

= y1 "У., + Г Кх 9-„-«(», y) - r=; fV 9Р

1K с б1. где « и ур - интенсивности волн И1(Х, q f)и 42{> q,Ö соответственно; 60 — коэффициент пропррциональности, а знаком (4 ) обозначены сопряженные функции

Из формулы (43 получим д x ((х,ц) u L Р(.Ч) (5)

Если начальную фазу опорной волны увеличить на /g, то получим

g Я у .., (., ц/1 и P(x, y ) f if Sin 8

Х - Д = 2 - 1- О ®) л„у где э — интенсивность интерференционной картины при увеличении начальной фазы опорной волны на /

Из формул (5) и (6) можно найти модуль и фазу выходной функции (4 Ч/: (Y,-,-Ъ) .(Рг -4- J а(", ) =

Р(х 9) = <> ) . -Я5 пОм +

"4 Х - л где и =О,й 1,й2, При этом неоднозначность в определении «Р(Х; g) устраняется, если учесть знаки функций Уд 4 ". и У 4 при помощи правила знаков (см. табл.). (т g — У,ф

Здесь,(, = д . у

Одним из частных случаев является случай равенства нулю угла 9, т. е. когда опорный пучок света попадает перпендикулярно на выходную плоскость.

Таким образом, задача сводится к измерению величины 2 М о и У2 1 7 ;

Часть параллельного пучка света от источника когерентного света 1, пройдя линзу 9, фокусируется в точку и модули- руется модулятором 8.

Затем, пройдя сквозь линзу 10, све-товой пучок снова становится параллель- . ным, а пройдя сквозь плоскопараллельную пластину 11 и выходную отклоняющую: призму 12, попадает в выходную плоскость

Вторая часть пучка от источника 1 когерентного света, пройдя сквозь оптиче скую систему 2 обработки сигналов, также попадает в плоскость 3, где происходит интерференция.

В момент времени, когда модулятор 8 не перекрывает. опорную волну, сквозь

I подвижную точечную диафрагму 4 проходит световой по ток, интенсивность которого . равна 4, либо, когда выведена плоскою/ f параллельная пластинка 1 1, В момент времени, когда модулятор8 перекрывает опорную волну, сквозь диафрагму проходит световой поток, определяемый выходной волной оптической системы 2 обработки сигналов, интенсивность которого равна 7g . При вращении модулятора 8 с постоянной скоростью на выходе фотоумножителя 5 напряжение будет иметь вид прямоугольных колебаний. На выходе усилителя 6, пропускающего только первую гармониКу сигнала, получим синусоидальное напряжение.

Его амплитуда будет пропорциональна разности интенсивностей - У либо

, - ъ

Сигнал с выхода усилителя 6 поступает на блок вычитания 13.

При перекрытой второй части пучка сжта от источника 1 когерентного света на выходе выпрямителя, входящего в блок вычитания 13„получим напряжение, пропорциональное )o . Изменяя напряжение опорного источника постоянного напря-! жения 14, добиваемся получения на выхо-г де блока вычитания 13 нулевого напряжения. Когда вторая часть пучка света от источника 1 когерентного света не перекрыта и модулятор 8 вращается, напряжение на выходе блока вычитания 13 будет пропорционально величине Jg — Jg - У„

Аб либо 2 - 4, т. е, вещественной или мнимой части выходной функции Я ф

С выхода блока вычитания 13 сигнал поступает на блок регистрации 7.

Па aixoae выпрямителя блока вычитания 13 получается напряжение, пропорциональное разности « - У, либо з„ - У . Но так как знак этого напряжения не может меняться, то необходимо, 6 чтобы величины У»- Jg и 7„- 1 были все время положительными. Воспользовавшись формулами (5) и (6), можно показать, что это условие выполняется при У„ Ч 4 у т. е. необходимо, чтобы интенсивность опорной волны превышала максимальное значение интенсивноI . сти рабочей волны в выходной плоскости йе менее, чем в 4 раза.

)О Таким образом, предложенная система отсчета и съема выходных данных позволяет получить на выходе оптической системы обработки сигналов 2 выходную функцию, а не только, ее модуль.

15 t

Предмет изобретения

Устройство для обработки оптической щ информации, содержащее источник когерентного света, оптически связанный с входом системы оптической обработки сигналов, в выходной плоскости которой установлена подвижная точечная диафрагма, за которой

95 помещен фотоумножитель, соединенный с входом" усилителя, и блок регистрашш, о т л и ч а ю ш е е с я тем, что, с цел а: расширения области применения устройств:;>, в него введены блок формирования опорной

ЗО волны, выполненный в виде электромеханического модулятора, диск которого, имек -! щий прямоугольные прорези, установлен в общей фокальной плоскости двух введенных софокусных линз, одна из которых оптиче35 ски связана с источником когерентного света, последовательно установленные за другой линзой на пути пучка света элемент для сдвига фазы пучка на У/р, например плоскопараллельиая пластина, и выходная

4О отклоняющая призма, блок вычитания, первым входом соединенный с выходом усилителя, а выходом подключенный к входу блока регистрации и источник постоянного напряжения, соединенный со вторым входом

45 блока вычитания.

) ира к 67!!!

105нисноа изб. ¹ /ДЯ

IlllllIIllll l осударс венняо ьоии ..la Cou.ra Министров (О;Р но лелам изоб!виепий и открьпнй

Москва, 1!3035, аушская иаб, 4!

1речирия)ис «IIBlpf1lê M сина I:5Ч. Б р н конская наб, 2!!

О. Ко "щц

Ргаактор Е.J анчар Техрел II,)(дн,, р:.х Коррекrop II.Аук