Способ голографической записи электрических сигналов

Способ голографической записи электрических сигналов

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

СПОСОБ ГОЛОГРАФИЧЕСКОЙ ЗАПИСИ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СИГНАЛОВ путем преобразования входного сигнала в акустическую волну в ультразвуковом модуляторе света (УМС), освещения УМС световым пучком, регистрации голограммы дифрагированного на акустической волне светового пучка с плоской опорной световой волной, угол падения которой на плоскость регистрации голограммы непрерывно меняется в течение времени регистрации , отличающийся тем, что, с целью увеличения эффективности записи, процесс регистрации начинают с момента входа переднего фронта акустической волны в осве щенную световым пучком часть звуко (Л провода УМС и оканчивают моментом выхода из нее заднего фронта акустис ческой волны. чо ы 5

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

C0LIHAËÈÑÒИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК

„„Я0„„936717 (5!)4 G 03 Н 1/04

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ABTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ ю

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 2921325/18-25 (22) 06.05.80 (46) 23.10.85. Бюл. У 39 (72) А.И.Елисеев (71) Ленинградский ордена Ленина электротехнический институт нм. В.И.Ульянова (Ленина) (53) 772.99(088.8) (56) 1. Вовк Ю.В. и др. Об одном способе записи голограмм с помощью акустооптического модулятора света.

"Автометрия", 1976, У 6, с. 95.

2. Арм, Кинг. Голографическая запись электрических сигналов. 3арубежная радиоэлектроника. 1970, У 5, с. 37 ° (54) (57) СПОСОБ ГОЛОГРАФИЧЕСКОЙ 3АПИСИ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СИГНАЛОВ путем преобразования входного сигнала в акустическую волну в ультразвуковом модуляторе света (УМС), освещения

УМС световым пучком, регистрации голограммы дифрагированного на акустической волне светового пучка с плоской опорной световой волной, угол падения которой на плоскость регистрации голограммы непрерывно меняется в течение времени регистрации, отличающийся тем, что, с целью увеличения эффективности записи, процесс регистрации начинают с момента входа переднего фронта акустической волны в освещенную световым пучком часть звукопровода УМС и оканчивают моментом выхода из нее заднего фронта. акустической волны.

936717

Изобретение относится к области голографической записи информации и может быть использовано в радиотехнике.

Известны способы голографической, записи электрических сигналов, включающее преобразование входного сигнала в акустическую волну в ультразвуковом модуляторе света (УМС), 1О дифракцию светового пучка ня акустической волне и регистрацию дифрагированного светового пучка вместе с опорным пучком (11 .

Ближайшим техническим решением к изобретению является способ голографической записи электрических сигналов путем преобразования входного сигнала в акус ическую волну, дифракции светового пучка на акустической волне, регистрации, цифрагированного светового пучка с плоской опорной световой волной, угол падения которой на плоскость регист. рации голограммы непрерывно меняется в течение. времени регистрации 2).

Сущность способа записи состоит в преобразовании входного электрического сигналя в акустическую волI ну, распространяющуюся в направлении х в звукспроводе УМС, дифракции светового пучка на акустической волне и регистрации дифрагированного светового пучка с использованием плоской опорной световой волны, угол падения которой на плоскость 35 регистрации голограммы непрерывно меняется в течение времени регистрации. Регистрации подвергается световое распределение, представляющее собой Фурье-спектр входного электри- 40 ческого сигнала (осью частот является координатная ось в задней фокальной плоскости линзы). Запись голограммы осуществляется, когда входной сигнал полностью вошел в 45 апертуру УМС, так как только тогда в фокальной плоскости линзы формируется Фурье-спектр. всего записываемого сигнала, Из-за ограниченной чувствительности регистрирующих го- 50 лограмиу фотоматериалов и конечной мощности источников когерентного света голограмму невозможно зарегистрировать мгновенно. Поэтому временную апертуру УМС делают больше дли- 55 тельности сигнала для того, чтобы сигнал, войдя в апертуру УМС, мог некоторое время перемещаться в ней, находясь в апертуре полностью. Это время и является временем регистра-, ции голограммы, Оно равно разности между временной апертурой УМС и длительностью сигнала.

Но перемещение сигнала вдоль оси ,Х в апертуре УМС вызывает изменение фазового спектра сигнала в плоскости регистрации голограммы н соответствии с известной теоремо: из теории преобразования Фурье о сдвиге функции во временной области. В данном случае изменение фазового спектра сигнала выразится в том, что частота света будет иметь различные допплеровские сдвиги в различных точках оси пространственных частот (. Б результате этого интерференционная картина, образованная с помощью плоской опорной световой волны, падающей под фиксированным углом ня плоскость регистрации, флюктуирует вс времени. Мяксиияльняя частота флюктуаций равна максимальной частоте в спектре сигнала. При этом допустимое время регистрации голограммы оказывается меньше пслугерисда флюктуаций интерференционной картины. Для увеличения допустимого времени регистрации производят компенсацию допплеровского сдвигя частоты в предметной световой волне,; зиеняя определенныи образом спорную световую волну. Различают случаи частичной и полной компенсации. При насти ной компенсация сдвигают частоту света в опорном пучке ня среднюю частоту в спектре записываемого сигнала. Зтс легко сделать с помощью дополнительного УМС в спорном канале

При этом ияксиияль . яя частота флюктуаций интерференцис шсй картины становится численно равной пслуширине спектра сигнала. Частичная компенсация позволяет увеличить допустимое время регистрации в несколько раз. Однако практически этого часто оказывается недостаточно. Тогда применяют полную компенсацию допплеровского сдвига частоты, Такую коипенсацию можно осуществить непрерывно, измечяя угол падения плоской опсрной световой волны на плоскость гопограммы в течение всего времени регистрации. При этом комплексная амплитуда опорной световой волны имеет следующий вид:

Е,„((.) = В,„. (1--tv) . (1)

936717 где  — комплексная постоянная; — мнимая единица;

k — - волновое число света;

F — фокусное расстояние интегрирующей линзы; 5 е ч — скорость акустической волны в звукопроводе УМС.

При полной компенсации допплеровского сдвига частоты интерференционная картина не флюктуирует во времени и может быть реализовано время регистрации, равное разности между временной апертурой УМС и длительностью сигнала. В работе Арма и Кинга предложены схемы, реализующие генера- 15 тор опорного пучка как с частичной, так и с полной компенсацией допплеровского сдвига частоты в предметном пучке.

Существенным недостатком прото- 20 типа является то, что апертура

УМС используется не эффективно в том смысле, что для обеспечения требуемого временй-регистрации голограммы значительная часть апертуры должна оставаться не заполненной сигналом. С другой стороны, когда длительность записываемого сигнала приближается к величине временной апертуры УМС, время регистрации ro- 30 лограммы сокращается, что приводит к необходимости использовать более чувствительный фотоматериал или более мощный источник света. Так, например, используя жидкостной УМС на воде с апертурой 30 мкс и применяя полную компенсацию опорного пучка, можно записывать сигнал длительностью 15 мкс в течение 15 мкс. Очевидно что, если с помощью данного 40

УМС требуется записать сигнал длительностью 25 мкс, то для регистрации голограммы остается лишь 5 мкс и т.д, Известно, что величина апертуры современных УМС ограничена 45 (затуханием акустических волн в звукопровоцах — для жидкостных и аморф" ных гвердотельных УМС и технологическими условиями выращивания кристаллов для многокристаллических 50

УМС) значением в несколько десятков микросекунд. Поэтому увеличение времени регистрации голограммы за счет увеличения временной апертуры УМС практически невозможно. SS

Целью изобретения является увеличение эффективности записи за счет увеличения времени регистрации голограммы.

Поставленная цель достигается тем, что по способу голографической записи электрических сигналов путем преобразования входного сигнала в акустическую волну в УМС, освещения

УМС световым пучком, регистрации голограммы дифрагированным световым пучком на акустической волне плоской опорной световой волны, угол падения которой на плоскость регистрации голограммы непрерывно меняется в течение времени регистрации, процесс регистрации начинают с момента входа переднего фронта акустической волны в освещенную световым пучком часть эвукопровода УМС и оканчивают моментом выхода из нее заднего фронта акустической волны.

При использовании такого режима записи время регистрации голограммы всегда численно равно временной апер туре УМС независимо от того, какую часть от нее составляет длительность записываемого сигнала. Возвращаясь к приведенному выше численному примеру, отметим, что при использовании предлагаемого режима записи время регистрации голограммы для УМС с временной апертурой 30 мкс будет равно 30 мкс как при записи сигнала длительностью 15 мкс, так и длительностью 25 мкс.

На чертеже представлена схема устройства, реализующего предложенный способ записи сигналов.

Устройство содержит лазер l сис. тему линз 2, коллимирующих световой пучок, делитель светового пучка

3, генератор опорного пучка 4, который обеспечивает необходимый закон изменения во времени угла падения

Eg(t) опорного светового пучка на плоскость регистрации голограммы, зеркало 5, УМС 6, пьезопреобразователь 7, возбуждающий акустическую волну в эвукопроводе УМС, источник записываемого сигнала 8, интегрирующую линзу 9, осуществляющую пространственное преобразование Фурье, и регистрирующую среду 10.

Записываемый сигнал u(e) подают на пьезопреобразователь 7, который возбуждает акустическую волну в звукопроводе УМС 6. Когда передний фронт акустической волны достигает освещенной световым пучком части звуко936717 провода УМС, генератор опорного пучка начинает изменять угол падения опорного пучка cg(t) на плоскость регистрации по закону

«

15

25

tv ззп(()() = sin(p(0) — --, (2) где (p(0) — начальный угол падения опорного пучка.

При этом комплексная амплитуда опорной световой волны имеет вид е «((,t) = Hex)(-jxx1(eixxrg(0) (3) т,е. закон изменения угла падения опорного пучка тот же, что и для способа, описанного в прототипе. Ðåгистрирующая среда 10, помещенная в области первого дифракционного порядка предметного пучка в задней фокальной плоскости интегрирующей линзы 9, регистрирует интерференционную картину, образованную предметным и опорным пучками. Процесс регистрации заканчивается в момент, когда задний фронт акустической волны выходит из области звукопровода УМС, освещенноч световым пучком. Можно показать, что функция пропускания полученной голограммы будет содержать ряд слагаемых, одно из которых имеет следующий вид:

tv

2L ) х

«(1) = р (— )) U(-)«хр()(кv 0 V к 35 — --)х(йх (4)

F Р

J где D — комплексная постоянная;

Т вЂ” длительность сигнала;

К вЂ” волновое число акустической волны в УМС;

2L — размер апертуры УМС.

Сомножитель в виде интеграла в приведенном выражении есть не что иное как пространственный Фурье-спектр

k(45 ()(К вЂ” †) входного сигнала U(t).

2L

Сомножитель (†) означает, что ре ч гистрация спектра сигнала осуществлялась в течение времени, равного временной апертуре УМС °

Этот результат можно пояснить следующим образом. Рассмотрим произвольную, достаточно малую часть сигнала Пдх, распространяющегося в виде 55 акустической волны в УМС. Очевидно, что при использовании предложенного способа записи регистрации Фурьеспектра любой части сигнала Пдх на голограмму осуществляется в течение

2L времени — т.е. пока часть сигнала р

Бдх проходит всю временную апертуру

УМС, освещенную световым пучком. Опор ный.же пучок обеспечивает надлежащую фазу записываемой на голограмму информации при перемещении Пдх по апертуре УМС. Так как спектр любой части сигнала Uhx регистрируется в

2L течение времени — то естественно

v ожидать, что и спектр всего сигнала Ц, записывается в течение времени .- — .

Проводя аналогичные рассуждения для способа записи, описанного в прототипе, легко видеть, что там любая часть сигналов Ugx и спектр всего сигнала регистрируется в течение времени, равного разности между временной апертурой УМС и длительностью записываемого сигнала.

Восстановление оптического аналога сигнала по записи его Фурье-спектра на голограмме производят в простом оптическом спектроанализаторе аналогично тому, как это описано в статье Арма и Кинга. При восстановлении голограммы световые пучки, соответствующие постоянной составляющей и комплексно сопряженному спектру сигнала, могут быть отфильтрованы диафрагмой.

Отметим, что при регистрации голограммы предложенным способом интерференционная картина имеет существенно нестационарный характер. А именно, если во время регистрации голограммы способом, описанным в прототипе, менялся лишь Фазовый спектр сиг-, нала, то при записи предложенным спо " собом происходит изменение как фазового, так и амплитудного спектра сигнала в плоскости регистрации. Изменение амплитудного спектра имеет место, когда сигнал входит в апертуру УМС, освещенную световым пучком, и когда выходит из нее. Однако при соблюдении указанного режима записи и характера изменения опорного пучка

Фурье-спектр всего сигнала регистрируется без искажений в течение времени равного временной апертуре УМС.

Таким образом, предложенный способ записи позволяет увеличить время регистрации голограммы с нескольких

936717

Корректор И.Эрдеи

Редактор Л.Утехина

Техред Т.Фанта

Заказ 7023/? Тираж 447

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113О35, Москва, Ж-35, Рауиская наб., д. 4/5

Подписное

Филиал ППП "Патент", r.Óæãoðoä, ул.Проектная, 4 микросекунд (при записи с полной ком пенсацией опорного пучка по способу, описанному в прототипе) до нескольких десятков микросекунд. При этом не требуется каких-либо дополнительных аппаратурных усложнений по сравнению с реализацией способа записи прототипа с полной компенсацией опорного пучка.

Описываемый способ голографической записи электрических сигналов существенно улучшает известный, уве личивая время регистрации голограммы, и может быть применен при создании голографических запоминающих устройств и при записи радиосигналов.