Акустооптический анализатор спектра

 

Изобретение относится к радиоизмерительной технике и может быть использовано для получения спектров сигналов в реальном масштабе времени. Цель изобретения - увеличение диапазона aнaлизиpye влx частот . Устройство содержит источник 1 когерентного света, коллиматор 2, цилиндрическую линзу 15, акустооптические модуляторы 9, 11, 4 и 6 с соответствующими преобразователями 10, 12, 5 и 7, фокальную диафрагму 14, генератор 17 ЛЧМ-сигнала. Использование двумерного фотоприемника 16, имеющего существенно большее число разрешающих элементов, в сочетании с соответствующей двумерной организацией структуры устройства , требующей введения цилиндрической линзы 3, сферических линз 8 и 13 и генератора 18 синусоидального сигнала, а также обеспечение специального положения и ориентации акустооптических генераторов при определенном соотношении длин звукопроводов последних.позволяют в несколько раз увеличить число элементов разрешения по частоте и со- : ответственно диапазон анализируемых частот анализатора спектра и довести их до величины, определяемой алгоритмом работы устройства. 1 ил. i СЛ 9 12 4 75 „ ie

СОЕЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН

«»SU<, А1 (59 4 G 01 R 23/16

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ н етоеском свиДатЯЛьСтвМ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 3732949/24-21 (22) 26.04.84 (46) 15.08.86. Бюл. Р 30 (71) Денинградский ордена Ленина электротехнический институт им.

В.И.Ульянова (Ленина) (72) А.И.Елисеев (53) 621.317.757 (088 ° 8) (56) Известия ЛЗТИ, вып. 333, 1983, с. 93-97. (54) АКУСТООПТИЧЕСКИЙ АНАЛИЗАТОР

СПЕКТРА (57) Изобретение относится к радиоизмерительной технике и может быть использовано для получения спектров сигналов в реальном масштабе времени. Цель изобретения — увеличение диапазона анализируемых частот. Устройство содержит источник 1 когерентного света, коллиматор 2, цилиндрическую линзу 15 акустооптические модуляторы 9, 11, 4 и 6 с соответствующими преобразователями

10, 12, 5 и 7, фокальную диафрагму

14, генератор 17 ЛЧИ-сигнала. Использование двумерного фотоприемника 16, имеющего существенно большее число разрешающих элементов, в сочетании с соответствующей двумерной органиэацией структуры устройства, требующей введения цилиндрической линзы 3, сферических линз 8 и 13 и генератора 18 синусоидального сигнала, а также обеспечение специального положения и ориентации акустооптических генераторов при определенном соотношении длин звукопроводов последних.позволяют в несколько раз увеличить число элементов разрешения по частоте и соответственно диапазон анализируемых частот анализатора спектра и довести их до величины, определяемой алгоритмом работы устройства. 1 ил.

12509

f,Fa х ч

fgF% х

7. ч ! где Г, и Е. средние частоты спектров анализируемого сигнала и ЛЧМ-сигнала соответственно, фокусное расстояние первой сферической линзы длина волны света, 50 скорость распространения акустических волн в третьем и четвертом АОМ.

Эти сторонь определяются положе- 55 нием соответственно -1-го светового дифракционного порядка после АОМ 4 и + 1-ro порядка после АОМ 6. Далее

Изобретение относится к радиоизмерительной технике и может быть использовано для получения спектров сигналов в реальном масштабе времени.

Цель изобретения — увеличение 5 диапазона анализируемых частот путем преобразования светового распределения в плоскости фотоприемника из одномерного в двумерное, имеющее форму растра, что позволяет исполь- 10 эовать большое число разрещающнх элементов двумерного фотоприемника.

На чертеже представлена структурная схема предложенного анализатора.

Анализатор содержит оптически 15 связанные источник 1 когерентного света, например оптический квантовый генератор непрерывного действия, коллиматор 2, цилиндрическую линзу

3, акустооптический модулятор (АОМ} 20

4, пьезопреобразователь 5 которого является входом анализатора спектра, АОИ 6, пьеэопреобразователь 7 которого расположен на звукопроводе с той же стороны, что и пьезопреобразователь 5 АОИ 4. Далее следует сферическая линза 8. За линзой 8 расположены АОИ 9 с пьеэопреобразователем 10 и АОМ 1 1 с пьезопреобразователем 12, причем пьеэопреобразова- 36

:тели 10 и 12 расположены на протиI воположных гранях звукопроводов АОМ ,9 и 11. При этом АОИ 9 и 11 повернуты на 90 вокруг оптической оси относительно АОМ 4 и 6 и смещены вдоль оси, перпендикулярной плоскости пьезопреобразователей 5 и 7, в противоположные от оптической оси стороны соответственно на расстояния

78 з расположены сферическая линза 13, фокальная диафрагма 14, пропускающая +1-й дифракционный порядок после

АОМ 9 и 1 1, цилиндрическая линза 15, двумерный фотоприемник 16, в качестве которого может быть использована матрица ПЗС, причем отновение длины звукопроводов АОМ 9 и 11 к длине звукопроводов A0N 4 и б равно числу строк фотоприемника 16, Выход фотоприемника 16 является выходом анализатора спектра. Кроме того, анализатор спектра содержит генератор 17

JPQ4-сигнала, выход которого соединен с пьезопреобраэователями 7 и 12, а также генератор 18 синусоидального сигнала, выход которого соединен с пьезопреобраэователем 10. Частота синусоидального сигнала генератора

18 выбирается так, чтобы скомпенсировать пространственную несущую по координате у.

Устройство работает следующим образом.

Световой пучок от источника расщиряется коллиматором 2 и фокусируется линзой 3 на апертуре АОИ 4 и 6. Анализируемый сигнал поступает на пьезопреобразователь 5 и преобразуется последним в акустическую волну в АОМ 4. ЛЧМ-сигнал с выхода генератора 17 поступает на пьезопреобразователи 7 и 12, которые преобразуют его в акустические волны в АОМ 6 и 11. Синусоидальный сигнал поступает с выхода генератора 18 на пьезопреобразователь 10, которым преобразуется в акустическую волну в АОМ 9. Световой пучок дифрагирует на акустических волнах в АОИ 4 и б.

Линза 8 осуществляет пространственное преобразование Фурье над световьщ распределением в выходной плоскости АОМ 6 и фокусирует световые пучки -1-го дифракционного порядка после АОИ 4 на апертуре AOM 9 и + 1ro дифракциоиного порядка после

АОМ 6 на апертуре АОМ 11. Далее свет дифрагнрует на акустических волнах в АОМ 9 и 11. Линза 13 осуществляет преобразование Фурье над световым распределением в выходной плоскости АОИ 9 и 1 1, фокальная диафрагма 14 пропускает только +1ый дифракционный порядок, что обеспечивает коллинеарность распространения по координате световых нучс

1250978 4 ков, проходящих на фотоприемник

16. Линза 15 восстанавливает в плоскости фотоприемника 16 выходные плоскости модуляторов. Для увеличения точности согласования структуры светового распределения и топологии двумерного фотоприемника 16 линза

15 может быть заменена астигматической парой, т.е. парой, состоящей из цилиндрической и сферической линз.

Фотоприемник 16, в качестве которо.го может быть использована, например, матрица ПЗС, осуществляет накопление заряда пропорционально интенсивности падающего на него светового распределения. В результате накопления на фотоприемнике 16 образуется двумерное распределение заряда, имеющее форму растра, строки в котором ориентированы вдоль оси х, а число их равно отношению длины эвукопроводов АОИ 9 и 11 к длине звукопроводов АОМ 4 и б. Математический анализ работы устройства показывает, что структура распределения заряда представляет собой пространственную несущую по координате х, т.е. вдоль строк растра, промодугированную по амплитуде амплитудным спектром, а по фазе — фазовым спектром анализируемого сигнала. В результате считывания распределение заряда преобразуется в электрический сигнал на выходе фотоприемника 16.

Таким образом, использование двумерного фотоприемника, имеющего существенна большее число разрешающих элементов по сравнению с одномерными, B сочетании с соответствующей двумерной организацией структуры акустооптического анализатора спектра требующей введения в схему дополнительных линз н генератора синусоидального сигнала, а также обеспечения специального положения и ориентации АОМ при определенном соотношении длин звукопроводов последних, позволяет в несколько раз увеличить число элементов разрешения по частоте и соответственно диапазон анализируемых частот анализатора спектра и довести их до величины, определяемой алгоритмом работы устройства.

В предложенном анализаторе число элементов разрешения по частоте численно равно базе АОМ. База совре1S на анализируемых частот.

4Q

SS менных АОМ достигает величины 10

3. 1О

Таким образом, в анализаторе согласно изобретению число элементов разрешения по частоте в 3-5 раз больше, чем в анализаторе-прототипе. Так как достижимс" разрешение по частоте для предложенного анализатора и анализатора-прототипа одинаково и определяется временем накопления фотоприемника, то выигрыш в числе элементов разрешения по частоте приводит к выигрышу в такое же число раз (т.е. в 3-5 раз) в величине диапазоФормула изобретения

Акустооптический анализатор спект ра, соцержащий расположенные на одной оптической оси источник когерент-. ного света, коллиматор, пару модуляторов, состоящую иэ первого и второго акустооптических модуляторов, которые смещены вдоль оси, перпендикулярной плоскости, образованной оптической осью и осью эвукопроводов первого и второго акустооптических модуляторов, в противоположные от оптической оси стороны, диафрагму, первую цилиндрическую линзу, фотоприемник, а также третий и четвертый акустооптические модуляторы, пьезопреобразователи которых расположены на одноименных гранях звукопроводов, и генератор сигнала с линейной частотной модуляцией, выход которого соединен с пьеэопреобразователями второго и четвертого акустооптических модуляторов, о.т л и ч а ю шийся тем, что, с целью увеличения диапазона анализируемых частот, в анализатор введены вторая цилиндрическая линза, первая и вторая сферические линзы, генератор синусоидального сигнала, причем вторая цилиндрическая линза, третий акустооптический модулятор, четвертый акустооптический модулятор, первая сферическая линза расположены последовательно на одной оптической оси между коллиматором и парой модуляторов, состоящей из первого и второго акустооптических модуляторов, а вторая сферическая линза расположена на оптической оси между парой модуляторов, состоящей из первого и второго акустооптических

Составитель А.Орлов

Редактор М.Келемеш Техред Jl.Ñåðäþwîâà Корректор И.Иуска

Заказ 4405/4 1 Тираж 728 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Производственно-полиграфическое предприятие, г, Ужгород, ул, Проектная, 4

S l 2509 модуляторов, и диафрагмой, при этом третий и четвертый акустооптичесо кие модуляторы повернуты на 90 вокруг оптической оси относительно первого и второго акустооптических модуляторов, а первый и второй акустооптические модуляторы смещены cof Fy ответственно на расстояния х—

4 И .и х от оптической оси где 1ц

Е, и f — средние частоты спектров аналиэйруемого сигнала и ЛИЧ-сигнала соответственно, F — фокусное расстояние первой сферической лин- l5 эы, — длина волны света, v — - скорость распространения акустических волн в третьем и четвертом акустооптических модуляторах, причем пьеэолреобраэователи первого и второго акустооптических модуляторов расположены на противоположных гранях звукопроводов, выход генератора синусоидального сигнала соединен с пьеэопреобразователем первого акустооптического модулятора, а пьеэопреобразователь третьего акустооптического модулятора соединен с входом анализатора спектра, при этом фотоприемник выполнен двумерным, а отношение длины звукопроводов первого и второго акустооптических модуляторов к длине звуконроводов третьего и четвертого акустооптических модуляторов выбирается равным числу строк в фотоприемнике.