Оптический анализатор спектра сигнала

Оптический анализатор спектра сигнала

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Изобретение относится к измерительной технике и позволяет повысить точность измерения спектра сигналов Пучок параллельных лучей тре-. поперечных размеров формируется коллиматором 2 и посредством дефлектора 3 направляется под углом Брегга в акустооптический модулятор fAOM) 4. Исследуегфгй сигнал поступает в смеситель 14, в котором его частота переносится гетеродином 13 в полосу пропускания АОМ 4. В материале АОМ 4 возбуждает акустическую волну, создающую пространственно-временную решетку, период которой однозначно связан с частотой возбуждающего сигнала . На выходе АОМ 4 формируются два световых пучка, соответствукяцих недифрагировавшим лучам и дифрагировавшим лучам. Объектив 5 осуществляет одновременно преобразование Фурье выходного оптического сигнала АОМ 4. Выходящий параллельный пучок формирует в фокальной плоскости объектива точечное изображение, а другой выхо- ДЯ1ЦИЙ пучок формирует световое пятно. В зоне пучков располагаются фотоприемная линейка 6 и позиционно-чувствительные фотоприемники (ПЧФП) 9. При изменении частоты гетеродина 13 или параметров АОМ 4 будут происходить изменения направления только дифрагированных лучей. Сигнал рассогласования , пропорциональньШ величине и направлению смещения изображения относительно нулевой линии чувствительности ПЧФП 8, наделяется дифференци с S сл 00 4 СО ;О

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИХ

А1

ÄÄSUÄÄ 1374139 (5р 4 0 01 R 23/17

ЗСЕ&;*.:I-, Ð!

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ABTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

& gP,(&ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 4082741/24-21 (22) 19.05.86 (46) 15,02.88 ° Бюл, 11& 6 (71) Белорусский государственный университет им. В.И.Ленина (72) И.Д,Бондаренко, А.А.Ветров и В.Ф,Дайлюденко (53) 621.317.757 (088 ° 8) (56) Авторское свидетельство СССР

У 838605, кл. С 01 R 23/16, 1981.

Есепкина Н.А и др. Акустооптические анализаторы спектра для радиоастрономии, — Известия вузов СССР, "Радиофизика", 1976, т. 19, В )1, с. 1732-1740, (54) ОПТИЧЕСКИЙ АНАЛИЗАТОР СПЕКТРА

СИГНАЛА (57) Изобретение относится к измерительной технике и позволяет повысить точность измерения спектра сигналов, Пучок параллельных лучей требуемых поперечных размеров формируется коллиматором 2 и посредством дефлектора 3 направляется под углом

Брегга в акустооптический модулятор (АОМ) 4. Исследуемый сигнал поступает в смеситель 14, в котором его частота переносится гетеродином 13 в полосу пропускания АОМ 4 ° В материале

А0М 4 возбуждает акустическую волну, создающую пространственно-временную решетку, период которой однозначно связан с частотой возбуждающего сигнала. На выходе АОМ 4 формируются два световых пучка, соответствующих недифрагировавшим лучам и дифрагировавшим лучам ° Объектив 5 осуществляет одновременно преобразование Фурье выходного оптического сигнала АОМ 4, Выходящий параллельный пучок формирует в фокальной плоскости объектива точечное изображение, а другой выходящыл пучок формирует световое пятно, с

В зоне пучков располагаются фотоприф емкая линейка 6 и позиционно-чувствительные фотоприемники (ПЧФП) 9. При изменении частоты гетеродина 13 или параметров АОМ 4 будут происходить изменения направления только дифрагированных лучей, Сигнал рассогласо вания, пропорциональный величине и направлению смещения изображения относительно нулевой линии чувствительности ПЧФП 8, выделяется дифференци

1374139

40 альным усилителем (ДУ) 1О, усиливается ДУ 12 и подается на гетеродин 13, изменяющий свою частоту до компенсации возникающих смещений пространственного спектра сигнала. При раэъюстировке будет происходить изменение направления лучей, вызывающих изменение лучей, выходящих из AOM 4, Изображения на ПЧФП 8 и 9 также будут смещаться, вызывая сигналы рассогласоИзобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для спектрального анализа сигналов в реальном масштабе времени в радио и оптической локации, телеви- зионной технике и других областях.

Целью изобретения является повы-. шение точности измерения спектра сигнала.

На чертеже приведена структурная 10 схема спектроанализ атора.

Спектроанализатор включает в себя источник когерентного излучения (лазер) 1 и расположенные последовательно по ходу излучения коллиматор 2, дефлектор 3, акустооптический модулятор (АОМ)4, интегрирующий объектив 5 и установленные в фокальной плоскости объектива в ходе лучей первого порядка дифракции многоэле- 20 ментную фотоприемную линейку 6, соединенную с измерительным блоком 7, и позиционно-чувствительный фотоприемйик (ПЧФП) 8, а в ходе лучей нулевого порядка дифракции — ПЧФП 9, дифференциальные усилители ДУ 1О12, гетеродин 13, смеситель 14 и усилитель промежуточной частоты 15, Выходы ПЧФП 8 соединены с входами

ДУ 10, а выходы ПЧФП 9 с входами ДУ 30

11. Выход ДУ 10 соединен с одним из входов ДУ 12, а выход ДУ 11 — с другим входом ДУ 12 и с управляющим входом дефлектора 3. Выход ДУ 12 соединен с управляющим входом гетеродина 13. Гетеродин 13, смеситель

14 и усилитель промежуточной частоты

15 последовательно соединены с входом AOM 4, Входной сигнал подается на другой вход смесителя, вання на ДУ 10 и 11, Действие сигнала на гетеродине 13 дает на выходе

ДУ 12 нулевой уровень управляющего сигнала, При наличии дестабилизирующих факторов на ДУ 11 и 12 будут раздельно и независимо формироваться пропорциональные компенсирующие сигналы управления и тем cawM будет обеспечиваться повышение точности измерения спектра сигнала, 1 ил.

Анализатор работает следующим образом, При помощи лазера 1 и коллиматора.

2 формируется пучок параллельных лучей требуемых поперечных размеров, который дефлектором 3 нанравляется под углом Брегга в АОМ 4. В качестве дефлектора может быть использован любой дефлектор, управляемый электрическим сигналом, а в качестве модулятора — акустооптическая ячейка, работающая на объемных или поверхностных акустических волнах.

Исследуемый сигнал частотой f пода-, ется на вход смесителя 14, в котором его частота переносится . гетеродином

13 в полосу пропускания АОМ 4, Амплитудно-модулированный сигнал, содержащий гармонические составляющие частоты гетеродина fy и одной.из боковых полос, например f 1с, усиливается усилителем промежуточной частоты 15 и подается на вход АОМ 4 °

Под действием этого сигнала в материале AOM возбуждается акустическая волна, создающая пространственно-временную фазовую решетку, период которой однозначно связан с частотой возбуждающего сигнала.,Световая волна, входящая в АОМ, испытывает на фазовой решетке дифракцию, в результате чего на выходе AOM формируются два световых пучка, соответствующих недифрагировавшим лучам (нулевой порядок дифрак-. ции) и дифрагировавшим лучам (первый порядок дифракции - для случая дифракции Брэгга). Угол дифракции .4 е

1374139 связан с частотой входного сигнала

f соотношением

fr +

V где 3 - длина волны источника излучения 1; V — скорость звука в материале АОМ, Далее объектив 5 осуществляет одновременно преобразование Фурье выходного оптического сигнала АОМ, которое представляет собой распределение амплитуд и фаз света в плоскости пространственных частот, совпада15 ющей с фокальной плоскостью объектива. Это распределение однозначно связано со спектром измеряемого сигнала. При этом информация о спектре сигнала содержится в световом пучке только первого порядка дифракции, а распределение амплитуд света в области нулевых пространственных частот, обусловленное недифрагировавшим светом, представляет собой изоб-. ражение источника света, положение которого в фокальной плоскости объектива 5 характеризует направление лучей, падающих на АОМ.

В соответствии со спектром сигнала, подводимого к АОМ, дифрагировавший пучок будет состоять из двух.пучков — одного параллельного пучка, обусловленного напичием в спектре сигнала частоты гетеродина, и друго- З5 го расходящегося пучка, обусловленного исследуемым сигналом в полосе частот df,. Первый пучок сформирует в фокальной плоскости объектива точечное изображение, угловое поло- 40 жение которого будет характеризоваться углом d = Л ./V, а другой пучок сформирует световое пятно с угловым размером М= М 4f /V.

В зоне второго дифрагировавшегопучка помещается многоэлементная фотоприемная линейка 6, регистрирующая распределение интенсивности света в угловом диапазоне а Ы, пропорциональное спектру исследуемого сигнала в полосе af,. Обработка сигнала линейки 6 производится в измерительном блоке 7, В зоне первого дифрагировавшего пучка, где формируется изображение 55 источника света лучами, дифрагировавшими под углом Ы, а также в зоне формирования изображения источника излучения лучами нулевого порядка дифракции помещаются ПЧФП 8 и 9 соответственно так, что их линии чувствительности ориентированы перпендикулярно плоскости, в которой происходит отклонение дифрагировавших лучей и совпадают с центрами соответствующих изображений, Выходы ПЧФП 8 и

9 соединены с входами дифференциальных усилителей (ДУ) 10 и 11, выходы которых в свою очередь соединены с входами ДУ 12.

При изменениях частоты гетеродина или параметров АОМ будет происходить изменение направления только дифрагировавших лучей, Это вызовет соответствующее поперечное смещение пространственного спектра в фокальной плоскости объектива и, в частности, изображения, формируемого на чувствительной площадке ПЧФП 8, что приведет к изменению его выходных сигналов. Сигнал рассогласования, пропорциональный величине и направле нию смещения изображения относительно нулевой линии чувствительности

ПЧФП 8, выделяется ДУ 10, усиливается ДУ 12 и подается на управляющий вход гетеродина, который изменяет свою частоту до компенсации возникающих смещений пространственного спектра сигнала.

При разъюстировке оптической системы анализатора спектра будет происходить изменение направления лучей паданзцих íà АОМ, что приводит к соответствующему изменению направления и лучей, выходящих из АОМ. При этом изображения, формируемые на чувствительных площадках ПЧФП 8 и 9, также будут смещаться в одном и том же нанравлении и на одинаковую величину. В результате на одинаковую величину изменятся. и сигналы ПЧФП 8 и 9 которые вызовут появление одинаковых сигналов рассогласования на выходах

ДУ 10 и 11. Выходной сигнал ДУ 11 подается на управляющий вход дефлектора 3 которым изменяется направление лучей, падающих íà AON до требуемой величины. При этом на управляющем входе гетеродина сигнал будет отсутствовать, так как одинаковые сигналы рассогласования на входах

ДУ 12 дадут на его выходе нулевой уровень управляющего сигнала.

При одновременном наличии отмеченных выше дестабилизирующих фак1374139

Составитель И,Коновалов

Техред Л.Сердюкова

Редактор О.Спесивых

Корректор О,Кундрик

Заказ 570/41

Тираж 772 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Производственно-полиграфическое предприятие, г.ужгород, ул,Проектная,4 торов на выходах ДУ 11 и 12 будут раздельно и независимо формироваться пропорциональные компенсирующие сигналы управления и тем самым бу"

5 дет обеспечиваться повышение точности измерения спектра сигнала.

Если по конструктивным соображениям ПЧФП 8 трудно установить в зону изображения, сформированного лучами, 10 дифрагировавшими под углом el, пропорциональном частоте гетеродина, то роль этого ПЧФП могут выполнять часть начальных элементов фотоприемной линейки, работающих в режиме on- 15 ределения энергетического центра соот ветствующего изображения, Формула из обретения

Оптический анализатор спектра сигнала, содержащий источник когерентного излучения и последовательно расположенные по ходу излучения коллиматор, пространственно=временной модулятор, например акустооптический модулятор, интегрирующий объектив и фоторегистрирующее устройство, выполненное например, в виде многоэлементной фотоприемной линейки, уста- 30 новленной в фокальной плоскости объектива и соединенной с измерительным блоком, а также гетеродин, смеситель, один из входов которого является входом устройства, и усили- 35 тель промежуточной частоты, последовательно соединенные с модулятором, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерений, он снабжен двумя позиционно-чувствительными фотоприемниками, установленными в фокальной плоскости интегрирующего объектива так, что их линии нулевой чувствительности ориентированы перпендикулярно плоскости дифракции и линия нулевой чувствительности первого совпадает с центром изображе-, ния источника излучения, сформированного лучами нулевого порядка дифракции, а второго — с центрам изображения источника излучения, сформированного лучами, дифрагировавшими под углом с = 3 1„(Ч, где — длина волны излучения, f, — частота гетеродина, tt - скорость звука в материале моду лятора, дефлектором, установленным между коллиматором и модулятором и тремя дифференциальными усилителями, входы двух из которых соединены соответственно с выходами первого и второго позиционно-чувствительных фотоприемников, а.их выходы — с входами третьего дифференциального усилителя, причем выход первого дифференциального усилителя дополнительно соединен с управляющим входом дефпектора, а выход третьего дифференциального усилителя — с управляющим входом гетеродина.