Патент ссср 415601
ОПИСАНИЕ
ИЗОБРЕТЕНИЯ
4I5 601
Союз Советских
Социалистических
Реслубли
Зависимое от авт. свидетельства ¹â€”
Заявлено 27.Х!!.1971 (№ 1729571/26-9) 1Ч. Kл. G 01г 23/16 с присоединением заявки №вЂ”
Гасударстееииый комитет
Севе1а Министров СССР
fia делам иаеере1еиий и открытий
Приоритет
Опубликовано 15.1!.1974. Бюллетень ¹ 6
УДК 621.317.757(088.8) Дата спублнксвзн 1я описания .".л" 11.107-1
Авторы изобретения
В. В. Садовский, К. Б. Круковский-Синевич, А. М. Решетников, Л. Л. Никифоров и А. П. Касевф4 ;:;: :.;.;:,-,;1
Заявитель
КОГEPE!!THblA АНАЛИЗАТОР КОМПЛЕКСНОГО СПЕКТРА
Изобретение относится к вычислительной технике и может быль использовано для определения ко.;1плексных спектров разнообразных сигналов.
Электронные анализаторы комплексHîãо спектра представляют собой сложные и дорогие устройства, имеют невысокую точность и поэтому распространения не получили. Когерентные анализа-оры спектра отличаются Ilpoстотой, но не обеспечивают получения комплексного спектра, С их помощью определяют только спектр мощности.
Поэтому цель изобретения заключается в устранении недостатков электронных анализаторов комплексного спектра, а именно в упрощении констру1;цип и повышении точности анализа, а Tакх:е в усовершенствовании когерептных электронно-Оптичес1:их анализаторов спектра, заключа1ощемся в одновременном получении спектра фаз и спе1 .тра !Okuности в реальном масштабе времени, т. е. в получении комплексного спектра по мере поступления сигнала.
Поставленная !Ieль достигается тем, что в когерентном электронно-оптическом анализаторе спектра только в одну из полуплоскостей пространственных частот через полуволновую фазовую пластинку вводится опорный световой пучок; соответствующими фотоприемникасии ппоизводится считывание пространственного раснр деления света одновременно в каждой из полуплоскостей пространственных чаcTGT; далее Ос .нсес1вляетсл электронная обработка ьыходных сигналов фотоприемников.
5 Существенно новым в предложенном устройс ве является применение опорного пучка т0 ILI o;13 1 однОЙ IIOJIYII JlocKocTH пРостРанственных::астот и подача его через полуволновую фазовую пластинку, одновременное считы10 ванне IIDoròpàícòâå!IIIoão распределения света
ДВ СМ l фО1ОПРИЕМНИКЗМП, PBCIIO. !OÕÛÍÍЫМИ В разных полуllëocêoñòÿõ пространственных частот,",каззанные признаки обеспечивают пол lение в когерентном Зн3 11133Tope спектра
15 одногрс.1енно спектра фаз н спектра мощности, т. е. Получение 1 o.;I!IJ!eaci!oro elle»Tp3.
При этом используется голографический способ опредетения фазового распределения
20 света.
Структур1гая схема устройства приведена на чер-,е:ке, на котором изображены: источник 1
IiorepeII! likJr0 свст3, Iio;IJIIIAI3Top 2, 110 3 J Ilpoзрачное =-еркало 3, непрозрачные зеркала 4, 25 5 входной транспарант (исследуемь1й сигнал)
6, непрозрачный экран 7, полупрозрачное зеркало 8, ш1тегриру1ощая цилиндрическая линза 9, полуволновая фазовая пластинка 10, фотоприемники 11, 12, блок вычитания 13, блок
30 деления 14, блоки 15, 16 извлечения квадрат415601 ного корня, блок произведения 17, вспомогательная линза 18.
На оптической оси устройства последовательно расположены источник 1 когереитного света, коллнм втор 2, полупрозрачное зеркало 3, входной транспарант 6, полупрозрачное зеркало 8, цилиндрическая линза 9. В выходной фокяльной плоскости линзы 9, иначе называемой плоскостью прострянсгвенных частот, симметрично оптической оси ус)ройства расположены фотоприемники 11 и 12, а в одной из полуплоскостей — полуволновяя фязовая пластинка 10.
Входной транспарант 6 установлен в передней фокальной плоскости линзы 9. Световой пучок, отраженный от полупрозрачного зеркала 3, последовательно отражается от зеркал
4 и 5, проходит вспомогательную линзу 18 и падает ня полупрозрачное зеркало 8. I-Ia пути распространения пучка светя от зеркала 5 к зеркалу 8 установлен нспрозрячньш экран 7, нс пропускающий свет на одну из но;!овин зеркала 8.
Выходы фотоприемников 11 и 12 сосд)шсны с блоком вычитания 13, выходной снгн!)л которого подан ня блок дсления 14. Ня второй вход блока деления 14 последовательно через блок извлечения квадратного корня 15 и блок произведения 17 подан сиг!Гал фотоприемника 11.
На блок вычитания 13 подан сигнал Л 1.
Этот же сигнал последовательно через блок извлечения квадратного корня 16 и блок произведения 17 подан на блок деления 14.
Работает устройство следующим образом.
Точсчнь1й или щелсвой источник 1 когсрснтного светя излучает узкий пучок когерснтного светя, который рясншрястся до требуемого поперечного сечения коллиматором 2. 1(оллимировапный пучок света последовательно проходит полупрозрачное зеркало 3, входной транспарант 6 и полупрозрачное зеркало 8.
Полупрозрачное зеркало 3 установлено таким образом, что часть света от него Olpa>l
Зеркало 8 установлено таким образом, что отраженные от него лучи лежат ниже оптической оси 0 — 0 устройства 1. Эти лучи 11;!30вем опорным пучком А !.
Фокуснос расстояние вспомогательной линзы 18 и се расстояние до оптической оси
0 — 0 выбраны с учетом фокусного рясстоя0HH JlHH3bI 9 таким oopa30M> чтобы B плоскости пространственных частот линзы 9 формировалась плоская опорная волна. Таким об50 I(A) = А1 + А (Х) + 2А,А, (Л") cos ((Х) + Р„), где А — интенсивность опорного пучка;
А- (Х) — интенсивность света в выходной фокальной плоскости, пропорциональная спектру мощное!и исследуемого сигналя; р(Х) — фазовос ряспрсдслсннс света в выходнОИ I()OI
60
Фаза опорного пучка является величиной постоянной, из дальнейшего рассмотрения ее
65 можно исключить, IlpHHHB ((О=О, pa 30)1 линза 9 яв:IH>eTcH колл им я Ором ОНорНОГО ПУЧКЯ.
Дл>1 co3;I a 0Hsl vKa3Я ИПОГО Опор ИОГО пучка требуется такое пространсгвеннос расположение зеркал 3, 4, 5 и 8, которое показано на чертеже.
Входной транспарант 6 представляет собой одномерную запись исследуемого сигнала.
Запись сигналя произведена вдоль оси Х
10 транспаранта. 1Iилиндрическяя линза 9 выполняет одномерное преобразование Фурье сигнала, записанного на транспаранте 6.
В выходной фокальной плоскости линзы 9 (плоскость пространстве!шы.. частот) распре15 деление интенсивности света А- (Х) соответствует спектру мощности пространственных частот исследуемого сигнала.
Если входной сигнал усгя!И)влен в переднем фок > сс линзы, то pile!!pc>гслсIIHc интснсиВИО20 сти светя в выходной фокяльной плоскости
3TOl! IHI13Ы СООГВ "1C1ВУС! CНСКI P) МОЩНОСТИ, Я фязовос распределение света сооп)стствуст фазовому спектру исследуемого сигналя, которьш необ:(одимо определить. Элементы 1, 2, 25 6 и 9 представляют собой известный когерентный одномсг)н!)й анализатор спектра. Элементы 3, 4, 5, 7, 8 и 18 предназначены для формирования плоского опор !ого пучка в одной П3 полуплоскостсй прос рг»!С!вснп!!х частот.
30 I(;»< известно, распределение и!1Яснсивности светя В выходнои фок>lльнОи плОскОс1 и Л (Х)
Линзы 9 CHMI>ICTpH »10 OTIIOCHTC.» 110 ской оси Π— О . Следовательно, информация о спектре частот содержится и одной из по,ló35 плоскостей выходной фокяльной плоскости (В няlпсм случяс, в полуплоскостн, л! жaHIcll выше или ниже оптической оси 0 — О ).
1(як видно из черте>ка, за счет действия непрозрачного экряпя 7 опорный пучок вводится
40 B одну из полуплоскостсй устройсl ân (в нашем случае, ни>киюв).
Так как опорный пучок имеет плоский фронт волны и обеспечивается нор»aëüíoc его падение на плоскость пространственных ча45 стот, то для суммарного распределения интенсивности света 1(Х) в той полуплоскости, где происходит интерференция основного и опорного пучков, можно записать
Предмет изобретенi!;i
Поэтому длл фазового спектра сигнала (1 (Х) из (1) получаем () А("2()
cos р (Х) — . (2)
2А, А,(Х)
Из выра)кения (2) видно, что для определения косинуса фазового спектра необходимо величины < (Х), Л 1,:1 -2 (Х), А,(Х) и произвести вычисления по формуле (2).
Устройство, изображенное на чертеже, обеспечивает одновреме(шое независимое измерение указаннь(х вели(!!н в любой точке плоскости пространственных частот и вычисление по формуле (2) следующим образом, Фотоприемник 11 расположен в той полуг(лоскости пространственных частот, где отсуТсТВуеТ опорный пучок. Поэтому его выходной сигнал пропорционален спектру мощное!и исследуемого сигнала на данной частоте
/S(())/-, т. е. величине Л 2(Х). Сканированием фотоэлемента 11 в данной полуплоскости обеспечивается измерением спектр l мощности в необходимом диапазоне частот.
Дл"! Ollpc 70JIcIIHll Ве 711 (Hны Л2 (Х) в(.(ход!АКОП сигнал фотоприемника 11 подается на блок извлечения квадратного корил 15.
Так как фазы спектральных составляющих в одной полуплоскости пространственных частот повернуты иа 180 относительно (комплексно сопряжены) спек)ральиыh составля!ощих второй полуплоскости rlpocrpa((cTI3e!HI(lx частот зеркала 8, то для обеспечен((я синфазности спектральных составляющих между двумя полуплоскостями пространственных частот применен<7 полуВОЛИОВал фаЗОВ»я пластинка 10. Оиа установлена непосредственно перед той полуплоскост(по пространственных частот, в которую вводится опорньш пучок, При отсутствии фазовой пластинки 10 в этой полуплоскости (нижней) за счет взаимодействия двух световых пучков (OclioB(1010 и опорного) образуется интерференционная картина. При введении фазовой пласпшки 10 интерференционная картина меняется и соответствует той, которая существовала бы в верхней полуплоскости, если бы в нее был введен опорный пучок.
Фотоприемиик 12, установленный симметричной фотоприемнику 11 (т. е. на той )ке пространственной частоте), производит считывание интерферепиионной картины, т. е. на его выходе образуетсл сигнал, пропорциональный /(Х). Этот сигнал подается иа блок вычитания 13.
На блок 13 одновременно пода!отсл сигналы
ЦХ), Л22(Х) и А !. Величина А, является величиной постоянной и может представлять собой напряжение (или ток), пропорциональное интенсивности опорного пучка. На выходе блока 13 образуется сигнал, пропорциональный числителю выражения (2).
Сигнал Л с помощью блока извлечения квадратного корня 16 преобразуется в сигнал
Al H подается на блок произведения 17, на второй Bx0. i которого подан из блока 15 сигнал А2(Х), I »li!!3(образом, на выходе блока
17 образусгсл зна)((и()тел! выражения (2).
Блок деления 1-1 осуществляет деление выходного сигнала блока !3 (числитель выражения 2) на выхо-(ной сигнал блока 17 (знаменатель выражения 2) . .Постоянный коэффициент 2 в знаменателе выражения (2) может быть учтен как соответствующий коэффициент передачи блока 17.
Таким образом, на выходе блока 17 одновременно с выходным сигн",,ë îì фотоприемника 11 (спектр 3(0(HIIOclI() образуется сигнал, пропорциональный фазовому спектру исследуемого сигнала q (и).
В предложе шом устройстве информация о спектре )li)lliности извлекается из О (ИОЙ П0,1у плоскости !lрос) р»(lcтвснных частот одновременно с информ» иней 0 сп(ктре фаз, извлек lемоЙ Н3 BTOj)011 !l0 73 (17ocI Oc Il.
Та! к;(к c;!(ктр Нсс.lc;(уе)l()i o clil 1!;l 7» ВB,ыходно!! фО!. (, Iьной 11лоскости получ»07 cll пр,(ктически 3(г((()(!сil! I() (со скорост(ло свет(!), то прсдлоя синов ус1ройство обсcllc÷èâ»cò определение комплекс! Огi) спектр» в ре;lльном масштабе Времени. Д71! этой цели в качестве входного тр»испар lllT» целесообр»3(!о испо7hзовать устройс(B», преобразующие временной сигнал в llpocTp»1(cтвсиный без существенной
3 а де р ж K! 13 О В j) c 3 с (11, (1 и р и м е p, $ Jл ь т р» 3 13 у и О вой мо)(ус(;((Ор свет»,:l 133!(с!О двух сканирую1(iiIx фут(и(рисм((иков использов»ть, например, две ма)рицы фотоприсмш!ков, расположенные в разным иолуплоскостях выходной фокальной плоскости. (хогерентиьш анализатор комплексного спектра, содерж;!щ(ш источник когсрситного света, коллиматор, входной транспарант, интегрирующую 0IITll ((ó и первый фотоприемиик, установленный в полуплоскости пространственныхх частот, о Tл и ч а и щи и с ч тем, что, с целью одновременного измерения спектра фаз и спе :.Тра 310111 HÎcT(1, оН cil HCIIP03P<7×0ÛÌ ЭКРВИОМ, Ос<
В Ы 1 И Т <7 Н И Л И 3 В 7 («! C 1 (H H 1 . 13» Д Р <» T I (O I 0 1 . О Р Н Л I l умножения, причем выхол, первого фотоприемника соединен 0.(повременно с 0;lним пз входов с. (смы вьши ll!(1H и первым бтоком извлсЧЕНИЛ КВ»ДР»1 НОГО ОРИ Л, 13 1 ОРОП ВХО 7 О. IОЕ» вычитания сосдииси с Выходом Второго фо(опрH(мн!1ка, и вhlход Олока Вычита!Iил поде 110-чсн к одному из входов блока деления, второй вход которого через блок умножения соединен 415601 Составитель А. Рассмотров Ре !, lK.."Gp Л. Костики:оаа !стрел 3, Тарапенко Корректор А, Цзесова 3: к i:, !!8. !7 J I !, !. Л I. ÌÎ Тпрахк 578 ЦНИИПИ Госуларствеппого комитета Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий Москва, )К-35, Раугпская наб., д. 4/5 Поаппспое Типография пр. Сапунова, 2 с выходами первого и второго блоков извлечения квадратного корня, при этом на вход второго блока извлечения квадратного корня и третий вход схемы вычитания подан сигнал, пропорциональный интенсивности когерентного опорного пучка.
