1503037 - Оптический анализатор спектра

Оптический анализатор спектра

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Изобретение может быть использовано в системах оптической обработки информации и позволяет повысить скорость анализа спектра. Сущность изобретения заключается в создании режима бегущей волны. Анализатор содержит электрооптический модулятор (ЭОМ) 1, который имеет два оптических входа. Перед одним из них установлена четвертьволновая пластина 4. Каждому оптическому входу соответствует N каналов, величины полуволновых напряжений которых кратны обратной величине полуволнового напряжения первого канала. Пилообразное напряжение с выхода интегрирующего усилителя 15 с амплитудой, кратной удвоенному полуволновому напряжению первого канала, поступает на ЭОМ 1. Фотоприемники 6 и 7 детектируют выходные излучения анализаторов 5, представляющие собой квадратурные составляющие входного оптического сигнала. Интеграторы 9 и 10 интегрируют эти составляющие за период действия линейного участка пилообразного напряжения. С помощью усилителей 11 и 12 выделяются собственно спектральные составляющие и соответствующие им постоянные, по которым спектральные составляющие приводятся к относительному уровню. Коммутаторы 8 позволяют учесть наклон действующего линейного участка напряжения и знак синусных составляющих. ЭОМ 1 выполнен в виде единой передающей полосковой линии, согласованной с нагрузкой 16 и с ответвлением по ходу оптического излучения. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

СОЮЭ СОВЕТСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) (И) А1 (51) 4 С 02 F 7/00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ пО иэОБРетениям и ОТКРытиям

ПРИ ГКНТ СССР

Н ASTOPCKOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

1 (21) 4105536/31-25 (22) 12.06.86 (46) 23.08.89. Бюл. II 31 (71) Институт электроники АН ЕССР (72) С.С.Квасов и В.М.Лукашев (53) 535.8 (088.8) (56) Ярив А. Квантовая электроника.

К.: Сов. радио, 1980, с. 271.

Kobayashi T. et al Highs " Speed.

0ptical. Fourier Turns former.

IEEE QE. ° 1983, v.19, Р 4, р.674679.

2 (54) ОПТИЧЕСКИЙ АНАЛИЗАТОР СПЕКТРА (57) Кзобретение может быть использовано н системах оптической обработки информации и позволяет повысить

<..<: рость анализа спектра. Сущность изобретения заключается в создании режима бегущей волны. Анализатор содерялт электрооптический модулятор (ЗОИ) 1, который имеет два оптических входа, Перед одним из них установлена четвертьволновая пластина 4.

Каждому оптическому входу соответст3 "03j!37 !

I, (т г Л Э !I < t Гг П Е. 1!1 i È Hi i I c 2! У!1!:Jl(О ных:;Ii;j k(III(. k«л 1г<1рих крат. it, c братll(Ill н(:1.1 ил<(2 »11ë1(яодновогг на;<ряжеtItikt пор11< 1 о кана!1а, !!илообраэ1lое

На»гряж(.".I!le Г яг ЛХОда ИНтЕГрИруЮ»(ЕГО у .о:!i-.<;гя 15 c,l»:<лн гудой, кратной удвоенному попувопновому напряженик перв< го канала, поступает lla 301 1 ° фот< приемники 6 и 7 Детектирун1т ныходны» излучения анапиэаторов 5, представляющие соб(й квадратурные с«."(являющие входно! о оптического сигнала. Интеграторы 9 и 10 интегрируют эти составляющие за период дей- 15

"т;11111 . ii,i< I!!tnt о участка пилообразного

ktãïj яж< (ня. Г помощьк усилителей 11

12 н»гдепякгтся собственно спектральные <. 1ст; впяющие и соответствующие им н,эст< янные, по которым спектральti»t(. составляющие приводятся к относительному уровню. Коммутаторы 8 позволяют учесть наклон действукщего линейного участка напряжения и знак синусных составляющих, Э(т! 1 выполнен в виде единой передающей полосковой линии, согласованной с нагрузкой 16 и с ответвлением по ходу оптического излучения, 1 з.п. ф--лы, 3 ил.

Изобретение относится к оптической

- 20 обработке информации и может быть использовано в системах оптической

30 локации и связи.

Целью изобретения является повыщение скорости анализа спектра.

На фиг.! приведена функциональная схема устройства; на фиг.2 вЂ” электрооптический модулятор, разрез; на фиг.3 вЂ” то же, вид сверху.

Оптический анализатор спектра содержит электрооптический модулятор 1, поляризатор 2, светоделитель 3, четвер ггнопновая пластина 4, анализатор с с г г

° ° k1 эн 11 N%2> ° ° ° 5 2н1 первые ф<топриемники 61,6,6

6,„,6,„, „6„... °,,6 „,, дополнительные ...,8„, первые интеграторы 91,9 ..., 9N . 9„„, 9к1 . ° ., 92 (1 дополнитель40

kkbte интеграторы 10 i „102,..., 1Оя, ! 0„!Ой+1 101N уммирующие усили...,11,дифференциальные усилители

12 „, задающий гrнератор 13, счетный триггер 14, интегрирующий усилитель

15, согласованная нагрузка 16, региr.тратор 17, электроды 18 передающей линии, электрооптические кристаллы 19,5р

В оптическом анализаторе спектра

11опяризатор 2 оптически связан со светоделителем 3, первый выход светоделителя 3 связан с первым входом электрооптического модулятора 1 не- 55 посредственно, а второй выход вЂ” с вторым входом через четвертьволновую пластину 4. Электрооптический модулятор 1 имеет 2N выходов, На 2--м выходе (i=1,2,3,..., N,N+1,N+2,..., 2N) установлен анализaòор 5, скрещенный с поляризатором 2. Первый выход анализатора 5 оптически связан с первым фотоприемником 6, и дополнительным фотоприемником 7; . Выход первого фотоприемника 6 соединен

1 с входом первого интегратора а выход дополнительного фотоприемника / вЂ” с входом дополнительного интегратора 10 Выходы интеграторов

9 и 10 соединены с входами сумми1 I рующего 11 и дифференциального 12

1 1 усилителеи так, что первый выход каждого суммирующего усилителя 11; и (нвертирующий вход дифференциального усилителя 12 подключены к вы1 ходу первого интегратора 9;, а второй вход суммирующего усилителя 11

1 и неинвертирующий вход дифференциального усилителя 12 вЂ” к выходу

1 дополнительного интегратора 1О;, при этом усилители 11; и 12;, соответствующие первым 11! выходам электрооптического модулятора 1, подключены непосредственно, а выходы каждой пары усилителей (суммирующего

11 и дифференциального 12;), соответствующие 11+1, N+2, 2N выходам электрооптического модулятора, подключены через коммутатор 8, где

j 1,2...,,N, при этом выходы первого 9; и дополнительного 10 интеграторов

1 соединены с входами коммутатора 8; (i=N+j), а его выходы соединены с соответствующими входами суммирующего 11 и дифференциального 12

1 1 усилителей ° Выходы всех суммирующих

11 и дифференциальных 12 усилите1 I лей соединены с регистратором 17.

1,(>

j ).fit< (<а I:,(n, том с t! <)1< }!< <> 1<и(I pp. 1 о с(р(1()IEH51(! )и I ..,!;.ми Booх ин1(тгра r <.р<>В ) lf 1 С>с(и)т> к>щи

5 р (Гистратора 1 <, }: 1(х; ду сч -т}:с о тригге;>а 1(и<:;1 "..; (ен интегp}fj у}<>ст>т(1 :

Ус;или тE ль 1 > и Ilf т>f!K!I(HP Вход}1 коммутат< ров 8. !?ьгх >Л и}(тегр})рук>1!(ет о ус илителя 15 с..с (ц:>ft- I! с э текTpH(

ВХОПОМ Э.(т К lpnnl Т!! !ЕСКСГО МС П,J(B1< р:3

1, а К ЕГС! .3 тf К; рИЧЕСКОМу ВЫХС>тту liOJ(к )к>чена сс Гла<.о»,1(>! (Я и 31 p>f j ; 1(}>.

}JTE кTpt>(>(1TH>lf С !тт, ЛЯ 1< Op 1 СоС ТО ит из перепак!Щ(ii Iit i: ñ к 1>ой лт .:О(тт.

< !

f(jf:;TН -« tE j !,>n!;, (r Г !)

<Ы . ..:. ООП I i !- < -1, К, " та.т: I i 1

Р:(1<т,, -, 1 1-.;, ". 1,;,><,,1>}! >E«- < а>:<тт> < )",-(< >ri т« ) н(о: ря .;l Tlt . к > ....(<с т- тт .-. >Гм

1 > <(„и >1 а « iк . > 1: i и><Г« . 1-,1ит «,, Ь);-.:„.,т; Г,i>1((Ы ..-t 1

ТИ>IP(;.H:... (!r - -. i l - I!; ).т < я«.як т< i «l

< > (>>! (От< т т т<1< i;r.О °:.,;. L, i .т<т>

» <- т,;,,;, !J< ft

J J! >т((J:! Я !

> < Ii 1 t . ,т)о

1 i i

THt> t j (! <>сt . »,;, i i,, . с f l.. . }1 т!с ! . « (<> !. li! (TH Э (С

:;! ((:. (.. (I "i!i i rrp> ()! Г 1 а.(!!

r >

1 1< ) 1 ° < )(.!i il . !r! <11 ri 1< !ii(!i i. Jj

r,!.. <. >i,I, :«t ir (!!(t >f !ЗХ (-";т .)i .

r Д><т<(i Ñ )»< i< 1((i ":(}>1! Ст)(, "(1 Пт ,, < ()С>1„(а<,,:r> °,, Ы>; .,т-;О т .. 1, т< .".. >< .t < тпi (.j .!

:.<.<.,1< Т << <> т . т т; Е ".1 ::: С „1} < }. V)t) I!. < 1 :.)(-! т 13>(«, .!)! <т (!;!01>TE-вЂ

i Ьа. C J)HH . 1> т!.1 n 1 1

t > "! "t С) !IJI I)l ii> t т .t :.; . f ", П !t !. i

t j<, I, Л и Т, Р,", "тт:: ";<«Я f>» > )1 . » «>

H,т,:ЕН)<я, В-.(:;>r i -> < КT .,, >ò)«l! ." .<)()(.1< t>, 1 i>> T < j: . (! I! т <: С 1 < П <

;«,, !ктро< (т. И 1(.. т < } »<1.,) 13 с 1 т а(J!j>t òp < ÍJ11t 1 (. (t! р ..I" r ".,< r . род;

j>f1 i: -f:!it<тнl<т -}E ((, ;»О,;, <ОН .-CT)i 5.>

ГГ

ti! J!(ТВ (Jfl (>1 !<1>т>1H! 1 .. Л !!I! ..; (т

:(ы Ti< 1>п< ) <<(к(к: t T : i!: "; а т<с: с )t)!i<> а " !

)р >((pi r r () ! <с,т > 1"< . о т!! i if,t >т о i 1!! 1! < ) !, <

:Е) "P(>ijB" С! т,i PP т<>К<()1<тl(ijо:(О(.. КС>}«От!

;>П)?)<1! );т ЙСТНу<ОТ }! (T)pÿrt))!f p с 1(нтсгрирунчцс го усилителя

1<)С<-,стаи)(уК> (:)! рт, >К;<, f> цЕ< (!.)Ок- р<> ()тический модулятор 1, что ттрино;!Ит к поянленин фазоног< cJ)вига

1i С<ЛЯ 1<()(,Д .< },;Е(ПОНС H (<><>Ьтт;}(с>>тт ; >(< >(! t К . > < -« "< Р Г О

> rj)1 Ir ró. . <т:.<(а нь)}

<: 6 1 1 1 . } 1 < )т > t i О Г

Г.т)})ИГ « . >)(Ы)!

) /<))+31 ) < <;,5 г -I;3 )- >/d; ,.1)()»1 К)))(CTB>jf! Н (<1! Рав, :1nt1;)(Г 1 P Ilt!>тнй ОП . !f \f СК(>ГO

> -т,т т >,- Пl!<>

С) - .:; ПЕ)>Е (НЫП Р, -МЕР .<) f -. !.!< J ß т ОР<"т >

1> п))т (е}iты пг < лt lе. }; т кри;;:». (J!B для о< .;к}! >I«p>(f(<.1

0 (> (т> К, q- .", f ) > < т О < >

JJ>)j-,< т,сдт Ы т f! ) i т О О т; >E!,1 и :i(ктp(I ) i:т« . . ки . козi t»i(т)IE и-

Ь! <-.т

;, мс»- >и,. ьп«а r -. )>а овук е(т>-,Кy т)Ь) <тта >(т;т< т 1 pEт < Ни: М <> <31)I> 0Ji - r! i(т 11 !,1>i((. ТЯ. ()iH т }> 070 т. Нi(< Т О T: рн. . (> f (H т 01 Н..iнрЯ

7 .: Я И ..:P T 61,(-. Ь СI:O! flit" )(С I E.>H.}Hà!! .« . . iI)t 1! fj P TO!«iÅJ3, I! f! }ТОМ>; < (I l 13

»Г)ЕМ } Er у: Jf . >Н(1(ТС я . >)т< рО(;);ll а(т!O т; E !;eJ)Я(i Р l 3}?С < ТХ> ф<3:3 т

:МУК> МС вЂ”.;-ЛЯТ<>Р< 1! КOтОРан l!PE> >

>>(!и. 1)асi:ь,.:...а ..>) tloBE ..ному 1(апря)< с чин

1>B (I E 3!It if,>H (t о «Окl T«ëîä () (, 1) EЛ E : . ><и < j 01 o >1 0 э:1< кт) >о r(I>r I! р е).(а)<7 .r!. 1ihj! ??. .: )<???????? ofil!1>1!

< ": 1ро,>пт< :t с»их к, 1(от "Jl. l 1) 19, <т

Т" !.;«,,TJ!H }<Ь! И»

1 )л;103 19 11 H )1) !)н;1< )!Ик 1 .)спрос трс«}! Oi . (i>(1Ò!1× ЕСКОI O И З.)У(«Е i .I! *l >

Т Р,,> <т > n С< Ь Ь . C Ä В 1 f Г Н 1(O C 1 (1 (Ы! t= 1 T р < » с . Ги (Сок)>?! и< (>r тя < oj)01! 1, }та каком»

:.t:f>n ньг:. --.L (iудет за ви;t т TJ- oт "(псла з 1(.кт;>ооптт(т><зск!(х }(pl!c T;iJIJ)c)3 1, ПР >ИДЕН}(Ь(Х OIIтИЧЕСКИМ ИЗЛУЧ()тт(ЕM

;T< . этого выхода, -;. е ° опред(ляет»ся

)(0)».ром вьгхо<-,а 0.!ål тро< )1TH (о,;1.)HTEð i 1. При этом на 1-к(Выходе

О.(ектроо) тического модулятор» 1 с>удут од)>наконые фазовь,е сдвиги, кратные

)кт)у к<)м)тс нентами излуче)п(я 1«элект>С Птн;Е КС М МС.,У:) Ят<-РЕ 1 ВСJ)t Дст НИЕ по>lt речногс электрос птического «ффекта, исттсльзуемого B пред.(а) аемом

,стройстве, )rSBPCT}T0, ЧтО Н ЛЕКтРС С.тт11(Ч <-;. ,...-, Ь М,".,; "IBi TОрЕ Ет10 .;.Е; т СI ""

1503037

55 фаэоному сдвигу на первом или (11+1)-м. выхопе

1 M1 lt где Г вЂ” фазовый сдвиг на первом м выходе, Полунолновое напряжение на первом или (1ч+1)-м выходе электрооптического модулятора будет равно

=g (С1/1,)(nçr nçr ) где 1 вЂ” длина одного электроопти-1 ческого кристалла 19, Вследствие того, что фазовые сдвиги на выходах электрооптического модулятора 1 кратны фазовому сдвигу на его первом вьгходе, полуволновые напряжения для выходов обратно кратны полунолновому напряжению для первого выхода. Так, для i-го выхода полуволновые напряжения будут равны

1 3

U = U/i.

С каждого i-ro выхода электрооптического модулятора 1 сигнал поступает на анализатор 5 . Каждый анали1 . затор 5 имеет два выхода: на первом

l выделяется сигнал, поляризованный ортогонально входящему в электрооптический модулятор 1, а на нторомвЂ” имеющий такую же поляризацию, что и входящий, Первая группа N анализаторов 5; соответствует первому оптическому входу электрооптического модулятора 1, и характеристика пропускания на первом выходе соответствующего анализатора первой группы 5; будет выглядеть как

R, =0,5 (1-cas (7U„/U )J =0,5 (!в

-cos(и i U /U )) где U м вЂ” напряжение, прилагаемое к электрооптическому модулятору 1, а на втором выходе -i-го анализатора 5

RÄ =0 5(1+cos(ii i Б /1)„)

Вторая группа анализаторов 5 (i=N+1,...,2N) соответствует второму входу электрооптического модулятора

1, а так как перед этим входом установлена четнертьнолновая пластина 4, вносящая предварительный Ьзовый сдвиг 90 между компонентами излучения, то характеристика пропускания на первом выходе i-ro анализатора второй группы

R,, =0 5 (1+sin(i U /U)), а на втором выходе i-го анализатора 5

К, =0,5 (1-sin(77 i U /U )) .

Задающий генератор 13 вырабатывает последовательность коротких импульсон периода Т, которые переключают счетный триггер 14. На выходе счетно-5

40 го три i ера 14 4поянляется двуполярный меандр. Папряжение с выхода счетного риггера поступает на вход интегри.>ующего усилителя 15, В результате на выходе интегрирующего усилителя 15 вырабатывается пилообразное напряжение периода 2Т. Постоянная времени и коэффициент усиления интегрирующего усилителя 15 подбираются таким образом, чтобы максимальное значение выходного напряжения интегрирующего усилителя 15 было кратно удвоенному значению полуволнового напряжения, соответствующего первому выходу электрооптического модулятора 1, U„»„, =и 2Б, где n=1,2...

Пилообразное напряжение с выхода интегрирующего усилителя 15 поступает на электрический вход электрооптического модулятора 1 и через электроды

18 передающей полосковой линии на согласованную нагрузку 16, Электрооптический модулятор 1 работает в режиме бегущей волны. Это позволяет уменьшить входную емкость электрооптического модулятора 1 и обеспечить равномерную частотную характеристику в широком диапазоне частот, а также устранить эффекты, связанные с конеч-ной скоростью растекания заряда по плоскостям электродов.

Между пиками пилообразное напряжение является линейной функцией времени, возрастающей или убывающей.

Если рассмотреть пилообразное напряжение за один период, равный 2Т, то в промежутке времени от О до Т ( оно нозрастает от О до 2nU, а в промежутке времени от Т до 27 убывает

1 от 2nU до О, 1

Вследствие воздействия линейно

< возрастающего напряжения вида 2nU t/T

Л на промежутке времени от О до Т функции пропускания на выходах анализаторов 5 будут представлять гармонические квадратурные функции, частота которых будет определяться номером соответствующего анализатора 5. Для первой группы N анализаторов 5 функция пропускания на первом выходе

i-го анализатора 5 будет иметь вид (i=1,2.. .,N)

f,,(t)=0,5(1-cos(a i 2 и U t/Т х х U ) =0,5(1-cos (i Q t)j, где (дз2 и /Т, а на нтором выходе этого анализато-ра 5

Е, (t) =0,511+сое(з. Сд t)), 03037 10 будут пропорциональны: для i-го (i=1,2,...,N) первого интегратора 9

t ь

Р . =0,5)1 (t)dt-0,5ji,(t) х

5 о о х cos(i +0 ° t) dt, 9 15

Для второй группы N анализаторов

514 соответствующих второму ряду электрооптических кристаллов 19, функция пропускания на первом выходе

i-ro анализатора 5 (i=N+1,...,2N) будет

i,; (t)=0,5(1-sin(i Q, t)), а на втором выходе

f, (t)=0,5 (1+sin(i (,3, t)

Если на вход оптического анализатора спектра поступает оптический сигнал, то, проходя через поляризатор 2, светоделитель 3, четвертьволновую пластину 4, электрооптический модулятор 1 и анализатор 5;, он с первых выходов анализаторов 5; попадает «(a первые фотоприемники Ь

1 а с вторых вьс(одоп вЂ” на дополнитель-ные фотоприемники 7; . Первые 6; и дополнительные 7 фотоприемники

1 детектируют входной сигнал, умноженный на соответствующие гармонические квадратурные функции, На выходах первых фотоприемников 6; и дополнительных фотоприемников 7 (i=1,2, ...,Б) выходные электрические сигналы в этот промежуток времени опишутся следуюар м образом: для i-ro первого фотоприемника 6, Д(р (t) =I (t) 0,5 Г1-соз ((. (Зо t)) 1 для i-го дополнительного фотоприемника 7, Т,; (t)=I (t) 0,5 altos(i u, t)J ..

На выходах же первых фотоприемников 61 и дополнительных фотоприемни« ков 7, (для i=N+1,N+2,...,2N) соответственно: для первого фотоприемника 6

14;,(t)=I (t) 0,5 (1+six(i Ы С)), а для i-ro дополнительного фотоприемника 7

I (t)=I (t) 0,5 fl-sin(i У t)) .

Сигналы с выходов первых Ь и

t дополнительных 7 фотоприемников посI тупают на входы соответствующих первых 9; и дополнительных 10; интеграторов. Первые 9 и дополнительные

10 интеграторы интегрируют эти сигналы начиная с момента времени с=О и до момента времени =Т, так как в эти моменты на сбрасывающие входы интеграторов 9 и 10 подаются им1 1 пульсы с задающего генератора 13, обнуляющие интеграторы 9 и 10

L f

Начиная с нулевого момента времени, на выходах первых N первых интеграторов 9, и первых N дополнительных интеграторов 10; выходные сигналы где О (t c Т, а для i-го дополнительного интегратора 10

t t

Р„. =0,5 I (t)dt+0,5(I (t) х

"7,1 о х cos(i t)dt.

На выходах же вторых N первых интеграторов 9 и вторых N дополнитель1 ных интеграторов 10, для i-ro (i

=N+1, N+2,...,2N) первого интегратора 9

1 t

20 r

Р, =0,5)is(t)dt+0,5JI (t)sis(i.t).t)x

0 о

dt а для i-го дополнительного интегратора 1(7, 25

Г„, =0,5jI(t)dt-0,5jI,(t) х ()

0 х sin(i Q t)dt.

К выходам первых N первых интеграторов 9, и первых N дополнительных интеграторов 10, подключены входы первых N суммирующих усилителей 11

1 и входы первых N дифференциальных усилителей 12

На переключающие входы коммутато35 ров 8 подается положительное напряS жение с выхода счетного триггера 144 которое управляет коммутацией так, что сигнал, поступающий на первый вход коммутатора 8, проходит на его

) У

40 первый выход, а сигнал, поступающий на второй вход, - на второй выход, Таким образом в промежутке времени от О до Т через коммутатор 8 к вы3 ходу каждого первого интегратора 9;

45 (из вторых N) оказываются подключенными первый вход суммирующего усилителя 11; и неинвертирующий вход дифференциального усилителя 12., а к

1 выходу каждого дополнительного интег50 ратора 10; вЂ” второй вход суммирующего усилителя 11, и инвертирующий вход дифференциального усилителя 12

Суммирующие 11 и дифференциальные

12; усилители выполняют функции сло55 жения и вычитания с сигналами, поступающими на их входы, поэтому сигналы на их выходах опишутся как на выходе

i-го и (N+1)-го дифференциального усилителя 12 (i 1,2,...,N) соответ15030

t t

P =0,5JI (c)dt+0,5J I (с) х р р

xsin(i Q t)dt; i=N+1,N+2...,,2N.

На этом промежутке времени на переключающие входы коммутаторов 8>1 будет действовать отрицательное напряжение с выхода счетного триггера

14, которое управляет коммутацией так, что сигналы, поступающие на первый вход коммутатора 8, с первого интегратора 9 поступак)т на вто1 рой выход коммутатора 8 и далее на второй вход соответствующего суммирующего усилителя 11;и инвертирующий вход дифференциального усилителя 12 °, 2 а сигналы, поступающие на второй вход коммутатора 8, проходят на пер) У вый выход коммутатора 8 и далее на

55 ствующне выходные сигналы в этот промежуток времени

0, =JI (t)tot(i 0), c)dt; i-1,2,...,N; а 5

"а = """ "

° о ° . ...,2N, где t вЂ” текущее время (О (t C Т) . 10

На выходах же соответствующих им суммирующих усилителей будут выходные сигналы

t и„ =JI (t)dt, ..1,2,...,N; о

U, -12 (t)dt; -0+1,N+2,...,2N. о

В момент времени Т на интеграторы 9, и 1О; поступает сбрасывающий импульс с выхода задающего генератора, этим же импульсом опрокидывается счетный триггер 14 и напряжение на выходе интегрирующего усилителя 15 начинает линейно убывать со скоростью, равной скорости его возрастания на предыдущем промежутке времени. .К моменту Т на выходе интегрирующего

1 усилителя 15 будет напря)кение 2nU+, тогда сигналы на выходах первого Интегратора 9, в промежуток времени от

Т до 2Т, когда поступит следующий импульс задающего генератора 13, будут описайы как

t t

P„, „, =0,5J 2 (t) dt-0,5J I (t) х

4 о

>sin(i Ю, t) dt; i=N+1,N+2,...,2N-, где t,= Т, на выходе ж5 дополнительного интегратора 10;

37 l2 первь)й вход суммирующего усилителя

11. и неинвертирующий вход дифферен1 циального усилителя 12, 1

В течение этого промежутка времени на выходе дифференциального усилителя 12 будет сигнал

U2 =(2 (t)tice(i 0) C)dt; i=N+1, Фр

N+2,...,2N, а на выходе суммирующего усилителя

11, U(вЂ” I (t) dt; i N+1 5 N+2, ° ° ° 2 2N

По истечении этого промежутка времени в момент времени 2Т интеграторы 9, и 10, сбрасываются, опроки» дывается счетный триггер 14 и напряжение на выходе интегрирующего усилителя 15 опять начинает линейно возрастать, Дальнейшая работа повторяется аналогично описанной с момента времени О, Выходные напряжения суммирующих и дифференциальных усилителей 11; и 12, подаются на входы регистратора

17 и в моменты времени О, Т, 2Т стробируются импульсами задающего генератора 13 и регистрируются.

Выходные сигналы дифференциальных усилителей 12 в эти моменты времени

1 представляют собой синусные (для вторых N усилителей) и косинусные (для первых N усилителей) спектральные составляющие входного оптического сигнала за промежуток времени Т, предшествующий моменту стробирования °

Пример. Электрооптический модулятор 1 для оптического анализатора спектра разработан на базе модулято" ра бегущей волны "НЭОМ-8". Выполнен в виде несимметричной полосковой передающей линии с волновым сопротивлением 50 Ом. Между электродами передающей полосковой линии в модуляторе размещены два ряда электрооптических кристаллов танталата лития 5,0)(5,02

)(4050 5м соответственно по осям кристалла Х, 7, -Z по 4 шт. в каждом ряду, Электроды 18 выполнены из латуни.

Верхний электрод выполнен в виде длинного полоскового проводника толщиной 1 мм, ширина проводника определяется заданным волновым сопротивлением полосковой линии и в данном исполнении равна 5,0 мм. Нижний электрод выполнен в виде массивного основания, которое выполняет одновременно роль термостабилизации и креп1503037

1..Оптический анализатор спектра, 55 состоящий из последовательно установленнык, оптически связанных поляризатора и светоделителя, электрооптического модулятора, на каждом нз 2N ления основнь1х элементов анализатора.

В качестве поляризатора 2 и анализаторов 5 применены призмы Глана размерами 10 х 10 х 10 мм, Снетоделитель

3 вЂ” блок из двух зеркал размерами

5 х 5 мм, Первое зеркало вЂ” полупрозрачная кварцевая пластина с коэффициентом деления 1:2, второе вЂ” глухое.

Четнертьнолноная пластина 4 выполнена иэ кварца на длину волны на из кварца на длину волны

0,6328 мкм, Фотоприемники 6, и 7; промышленные фотодиоды типа ФД-21КП, Коммутаторы 8 ныполнены на полевых транзисторах типа KH 103M. Интеграто-ры 9, и 1О; собраны на микросхемах

К554УД1 со сбрасывающими элементами транзисторами КПЗОЗЕ, Суммирующие усилители 11; и дифференциальные усилители 12 выполнены на микросхе1 мах К140УД8Б. Задающий генератор 13 несимметричный мультинибратор на транзисторах КТ3107А. Счетный триггер 14 выполнен на микросхемах

К140УД6. Интегрирующий усилитель 15 собран на микросхеме К544УД! с линейным усилителем на транзисторах

КТ704А ° Согласованная нагрузка 16 коаксиального типа НС-50. В качестве регистратора 17 использован стробоскопический осциллограф С7-17.

Анализировались оптические импульсы длительностью около 20 мкс, формируемые иэ непрерывного оптического излучения лазера ЛГ-38 электрооптическим модулятором с полунолноным напряжением порядка 160 В и генератором Г5-54, запускаемым импульсами задающего генератора 13. Форма

40 оптических импульсов контролировалась отдельным фотоприемником и осциллографом, Задающий генератор нырабатынал последовательность импульсов амплитудой порядка 10 В, частотой

20 кГц, счетный триггер 14 вырабаты45 нал меандр 22 В, интегрирующий усилитель формировал пилообразное напряжение около 160 В, На выходах остальных блоков амплитуда сигналов не превышала 3 В. Частота работы устройства соответствовала частоте работы задаюmего генератора 13, Регистрировались импульсы формы, близкой к прямоугольной. Спектральные составляющие определялись на частотах 20,40,60,80 кГц, Суммарная погрешность по сравнению с расчетным спектром составила около

162. Для питания маломощных блоков использовались четыре лабораторных источника типа ТЭС-23. Для питания выходного каскада интегрирующего усилителя 15 использовался стабилизированный источник питания + 100 В компенсационного типа с нестабильностью 57, мощностью около 500 Вт.

Для обеспечения одной и той же спектральной полосы, т.е. наличия на ныходе устройства четырех частотных гармоник, н известном устройстве необходимо иметь четыре канала, параллельно расположенных относительно задающего генератора, со следующими размерами, см: 16, 12, 8, 4. При этом общая емкость такого модулятора равна сумме емкостей каждого канала, она в оснонном и определяет быстродействие, Далее погонная емкость, т. е, емкость на единицу длины,для кристаллов танталата лития для 50-омной линии составляет величину около

3 пФ/см. Легко показать, что в этом случае быстродействие устройства не будет превышать

1 10

40 вЂ” 5 1О Гц.=

50 мГц.

В то же время в предлагаемом устройстве емкость не ограничинает быстродействие, а ограничения, присущие устройствам бегущей волны, имеют гораздо более высокие пределы. Рассмотрим их для конкретного случая.

Так, на длине 16 см при рассогласованин скоростей порядка вЂ” 2 полуVñ

VH чим верхний частотный предел, равный

Г2С 1 4 3 10

111 (n„n ) 0116 3 э 14 (4 2 ° 17) е 4,2 ° 10 Гц 420 мГц.

Таким образом, предлагаемое устройстно более, чем в 5 раэ, увеличинает быстродействие спектрального анализа, а также характеризуется расширенными функциональными возможностями, так как для вычисления sin и cos составляющих не требует дополнительных средств.

Формула и э о б р е т е н и я

1Г; выхо??с в которог< установлен аналнза-т< р, первый вь?ход кот рого соединен с соответствующим первым фотоприемьп?hoMt вьгход которого соединен с сос т5 нетствующим первым интеграторг м, а также задающего генератора, per?ic.òðàтора и четвертьволновой пластины, отличающийся тем, что, с целью повышения скорости анализа, в него введено 2N дополнительных фотоприемников и последовательно соединенных с ними дополнительных интеграторов, 2N суммирующих и 2N дифференциальных усилителей, N коммутаторов, а также счетный триггер, интегрирующий усилитель и согласованная нагрузка, причем дополнительные фотоприемники оптически связаны с вторыми выходами соответствующих анализаторов, каждый из интеграторов, соответствующих первым N выходам электрооптического модулятора, связан с суммирующим и дифференциальным усилителями так, что выход первого интегратора соединен с первым входом суммирующего и с инвертирующим входом дифференциального усилителей, выход дополнительного интегратора соединен с вторым входом суммирующего и с неинвертирующим входом дифференциального усилителей, а каждая пара интеграторов, первого и дополнительного, соответствующая вторым N выходам электрооптического модулятора, соединена с суммирующим и дифференциальным усилителями через соответствующий коммутатор так, что выходы первого и дополнительного интеграторов соединены с входами коммутатора, 40 первый выход коммутатора соединен с Г!е рв? п1 входом суммир ющего и с Hp

??нверти1.;ующим входом дифференциального ус??лштелей, второй выход коммутатора с вторым входом суммирующего и с инвертирующим входом дифференциального усилителей, выходы всех усилителей соединены с регистратором, выход задающего генератора связан с входом счетного триггера, со сбрасывающими входами интеграторов и со стробирующим входом регистратора, к выходу счетного триггера подключены интегрирующий усилитель и переключающие входы коммутаторов, выход интег-рирующего усилителя соединен с элект.рическим входом электрооптического модуля тора, к эле ктрич е скому выходу которого подключена согласованная нагрузка, при этом один из выходов светоделителя оптически связав с первым входом электрооптичегкого мо" дулятора непосредственно, а второй с вторым входом через четвертьволно-. вую пластину.

2. Анализатор по п.1, о т л и ч а ю шийся тем, чтс электрооптический модулятор выполнен в виде передающей полосковой линии, между электродами которой рас??олс жеш, два коллинеарных ряда электрооптических кристаллов равной длины по Ь кристаллов в каждом ряду, образующие N пар, при этом электрооптические кристаллы ориентированы в каждом ряду одинаково так, что их оптические оси перпендикулярны электродам передающей полосковой линии, а вг.е их торцы, кроме входных первой пары, а имеют скос под углом 45 к направлению оси полосковой линии, 1503037

iÐ

i =2

Заказ 5082/56 Тираж 513 Подписное цщщПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина, 101

Составитель А.Гусев

Редактор С.Пекарь Техред М.Ходанич КорректорН ° Борисова (N

Оптический анализатор спектра

Патент 1503037