Голографический способ формирования радиочастотных электрических колебаний на дискретных частотах Российский патент 2024 года по МПК H03B17/00 H03B28/00 G01S13/00 G01C3/08 G02F1/39 G03H1/00 G03H1/16 G02F2/00 

Изобретение относится к областям телекоммуникаций и радиоэлектроники и может быть использовано в аппаратуре этих областей применения.

Известен косвенный способ синтеза частот с использованием схем фазовой автоподстройки частоты (ФАПЧ) [1 - Бардин В.М. Радиопередающие устройства. Умножители и синтезаторы частоты. Саранск: Мордовский государственный университет им. Н.П. Огарёва. Институт физики и химии. - 2006]. В этом способе используют два генератора - опорный генератор (ОГ) и подстраиваемый по частоте генератор (ПГ). На фазовом детекторе (ФД) сравнивают значения фаз колебаний с выходов этих генераторов. Если фаза колебаний на выходе ПГ отличается от фазы колебаний на выходе ОГ, то формируют напряжение, величина которого определяется разностью этих фаз. Это напряжение через фильтр нижних частот (ФНЧ) направляют на управляющий элемент и, тем самым, изменяют значение частоты выходных колебаний ПГ, приближая ее значение к значению частоты ОГ. Для того, чтобы на выходе синтезатора частот получить сетку дискретных частот в схему вводят дополнительные элементы, например, делитель частоты с переменным коэффициентом деления (ДПКД). Меняя коэффициент деления в ДПКД, дискретно изменяют значение частот колебаний на выходе ПГ и получают требуемое значение этой частоты. В качестве ДПКД используют цифровые счетчики импульсов.

Способ имеет следующие недостатки:

- для использования цифровых счетчиков импульсов при реализации этого способа построения синтезатора частот требуется преобразование гармонических (синусоидальных) колебаний ОГ и ПГ в импульсные сигналы. Фронты формируемых импульсов создают дополнительные гармоники и вносят фазовые сдвиги (создают фазовый шум) в кольцо автоподстройки;

- громоздкость и большая стоимость технических решений;

- для формирования большого числа частот необходимо уменьшать шаг сетки и полосу пропускания ФНЧ, а это приводит к большой инерционности системы;

- ФД является источником дополнительных фазовых шумов;

- для получения малого шага перестройки частоты необходимо работать на более низкой частоте сравнения, для чего требуется понижать частоту среза ФНЧ, что дополнительно увеличивает фазовые шумы;

- невозможность быстрого и точного изменения частоты и формы выходного сигнала в синтезаторах с косвенным способом синтеза частот с использованием схем ФАПЧ, а также длительное время реакции.

Известен способ прямого цифрового синтеза частот (Direct Digital Frequency Synthesis, DDFS) [2 - Кронин Брэндан (Brendan Cronin). Простое и эффективное формирование сигналов при помощи синтезаторов прямого цифрового синтеза частот.Copyright. / Беспроводные технологии. - 2022]. При реализации этого способа для формирования выходного сигнала с перестраиваемыми частотой и фазой из сигнала фиксированной опорной частоты (тактового сигнала) используют цифровую обработку данных. В архитектуре DDFS фиксированную опорную частоту (частоту системного тактового сигнала) делят на масштабирующий коэффициент, который определяется программируемым двоичным словом настройки. Используя фазовый аккумулятор, состоящий из сумматора и регистра фазы, преобразователя фазы в цифровой код и цифроаналогового преобразователя (ЦАП) последовательность импульсов тактового сигнала преобразуют в аналоговое колебание синусоидальной, треугольной или прямоугольной формы с задаваемым значением частоты.

Способ имеет следующие недостатки:

- точность формирования выходного сигнала ограничена разрядностью ЦАП;

- выходной сигнал ЦАП в архитектуре DDFS не является непрерывным синусоидальным колебанием, а представляет собой последовательность импульсов, огибающая, которых имеет форму синусоидального колебания;

- достаточно высокий уровень паразитных спектральных составляющих в выходном сигнале;

- для подавления частотных составляющих за границами интересующей полосы частот необходима фильтрация, однако она не способна устранить составляющие спектральных наложений высокого порядка (например, вызванных нелинейностью ЦАП), которые попадают в полосу пропускания фильтра;

- при технической реализации способа DDFS имеют место интегральная и дифференциальная нелинейности ЦАП, энергия импульсных выбросов в ЦАП и шум вследствие сквозного прохождения тактового сигнала, которые проявляются в виде гармоник и побочных спектральных составляющих в различных областях выходного спектра;

- при технической реализации способа DDFS имеют место фазовый шум и дрожание фазы выходного сигнала;

- на шумовой порог, побочные спектральные составляющие и дрожание фазы синтезатора частот, реализующего способ DDFS, сильно влияют топология печатной платы, качество источников питания и качество входного сигнала опорной частоты;

- при технической реализации способа DDFS отклонения формы тактового сигнала во временной области, такие, как провалы/выбросы, а также и кратковременные скачки кода, будут вносить искажения в выходной сигнал.

Наиболее близким по совокупности действий к предлагаемому способу синтеза радиочастотных электрических колебаний на дискретных частотах является способ формирования радиочастотных колебаний на дискретных частотах на основе волоконного эрбиевого лазера с синхронизацией мод [3 - Коляда Н.А. Волоконный фемтосекундный эрбиевый синтезатор частот стабилизированный по Nd:YAG/I₂ оптическому стандарту частоты для мобильных метрологических систем. / Диссертация на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук. - Новосибирск: Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт лазерной физики Сибирского отделения Российской академии наук, 2018. - С. 74-84], для получения радиочастотных электрических колебаний на дискретных частотах формируют два лазерных световых потока, которые направляют в плоскость фотоприемного устройства и совмещают друг с другом в этой плоскости, формируют колебания уровня интенсивности оптического поля в плоскости фотоприемного устройства, с помощью фотоприемного устройства колебания уровня интенсивности оптического поля в его плоскости преобразуют в радиочастотные электрические колебания на дискретных частотах. Используют эрбиевый волоконный лазер с синхронизацией мод. Обеспечивают стабильную генерацию гребенки эквидистантных оптических частот (соответствующих продольным модам лазера). Используют лазерный оптический стандарт частоты, стабильность частоты которого переносят на гребенку эквидистантных оптических частот. Синхронизируют (привязывают) гребенку эквидистантных оптических частот с оптическим стандартом частоты, для чего используют спектрально-селективный смеситель оптических сигналов, лазерный оптический стандарт частоты и систему фазовой автоподстройки частоты. Частоту смещения гребенки эквидистантных оптических частот регулируют изменением внутрирезонаторной дисперсии с помощью изменения мощности накачки лазера, а межмодовую частоту - изменением оптической длины резонатора задающего лазера. Систему активной стабилизации эрбиевого синтезатора частот создают с учетом шумовых характеристик гребенки эквидистантных оптических частот в режиме свободной генерации. Мощность излучения эрбиевого волоконного лазера с синхронизацией мод усиливают с помощью эрбиевого волоконно-оптического усилителя. Расширяют рабочий оптический диапазон частот эрбиевого волоконного лазера с синхронизацией мод путем многократного уширения гребенки эквидистантных оптических частот за счет различных нелинейных эффектов в специальном высоконелинейном оптическом волокне. Для формирования двух лазерных световых потоков, направляемых в плоскость фотоприемного устройства и совмещаемых в этой плоскости, совместно используют лазерный оптический стандарт частоты и эрбиевый волоконный лазер с синхронизацией мод. Световой поток с частотой лазерного оптического стандарта частоты совмещают в плоскости фотоприемного устройства с ближайшей коротковолновой компонентой гребенки эквидистантных оптических частот, или с помощью «f-2f-интерферометра» совмещают в этой плоскости удвоенные по частоте длинноволновые компоненты гребенки эквидистантных оптических частот с коротковолновыми компонентами. Колебания уровня интенсивности оптического поля в плоскости фотоприемного устройства реализуют в виде частот биений двух лазерных световых потоков. Для достижения хорошей спектральной чистоты и высокого отношения сигнал/шум радиочастотных сигналов на частотах биений и для стабилизации оптического излучения эрбиевого волоконного лазера с синхронизацией мод и достижения показателей стабильности, соответствующих оптическому стандарту частоты, используют лазерный оптический стандарт частоты и систему ФАПЧ.

Способ имеет следующие недостатки:

- имеется необходимость принудительного уширения спектра излучения эрбиевого волоконного лазера с синхронизацией мод путем использования специальных высоконелинейных оптических волокон;

- для регулировки межмодовой частоты эрбиевого волоконного лазера с синхронизацией мод необходимо использовать дополнительный задающий лазер, оптическую длину резонатора которого необходимо изменять;

- обратные отражения на стыках волоконных элементов эрбиевого волоконного лазера с синхронизацией мод приводят к возрастанию шумов и многоимпульсному режиму;

- импульсный световой поток на выходе эрбиевого волоконного лазера с синхронизацией мод имеет нелинейное распределение его интенсивности по длительности импульса;

- для непосредственного уширения оптического спектра излучения эрбиевого волоконного лазера с синхронизацией мод в нелинейных волокнах до октавы необходимо дополнительно использовать малошумящий волоконно-оптический усилитель, позволяющий увеличить пиковую мощность импульсов на выходе лазера;

- при технической реализации способа помимо эрбиевого волоконного лазера с синхронизацией мод необходимо дополнительно использовать задающий лазер и лазерный оптический стандарт частоты;

- радиочастотные электрические сигналы с требуемыми частотами формируются на выходе фотоприемного устройства, как сигналы частот биений, являющиеся разностью частоты излучения лазерного оптического стандарта частоты и частот оптического излучения на выходе эрбиевого волоконного лазера с синхронизацией мод, что характеризуется низким коэффициентом использования энергии суммарного лазерного светового потока в области перекрытия этих лазерных световых потоков при формировании сигнала на конкретной частоте биений и приводит к появлению сигналов помеховых гармонических составляющих;

- для получения хорошей спектральной чистоты и высокого отношения сигнал/шум формируемых радиочастотных электрических колебаний на частотах биений и достижения показателей стабильности необходимым условием является обязательное использование лазерного оптического стандарта частоты и систем фазовой автоподстройки частоты;

- имеет место сложность проведения юстировки оптических элементов схемы эрбиевого волоконного лазера с синхронизацией мод, используемого для технической реализации способа синтеза частот на его основе.

Признаками способа-прототипа, общими с заявляемым способом, являются следующие:

- формируют два лазерных световых потока, которые направляют в плоскость фотоприемного устройства и совмещают друг с другом в этой плоскости;

- формируют колебания уровня интенсивности оптического поля в плоскости фотоприемного устройства;

- с помощью фотоприемного устройства колебания уровня интенсивности оптического поля в его плоскости преобразуют в радиочастотные электрические колебания на дискретных частотах.

Технической проблемой является необходимость использования в способе-прототипе трех лазерных источников оптического излучения: эрбиевого волоконного лазера с синхронизацией мод, задающего лазера и лазерного оптического стандарта частоты вместо одного лазерного источника оптического излучения, что создает избыточную сложность технической реализации способа-прототипа.

Для решения указанной технической проблемы предлагается голографический способ формирования радиочастотных электрических колебаний на дискретных частотах, в котором формируют два лазерных световых потока, которые направляют в плоскость фотоприемного устройства и совмещают друг с другом в этой плоскости, формируют колебания уровня интенсивности оптического поля в плоскости фотоприемного устройства, с помощью фотоприемного устройства колебания уровня интенсивности оптического поля в его плоскости преобразуют в радиочастотные электрические колебания на дискретных частотах.

Согласно изобретению формируют лазерный световой поток со сферическим волновым фронтом, используют голографический интерферометр с отражательно-пропускающей Фурье-голограммой [4 - Патент РФ №2169348 С1, Измеритель перемещений с объемной голограммой, заявл. 28.09.1999, опубл. 20.06.2001. Паринов И.А., Прыгунов А.Г., Рожков Е.В., Трепачёв В.В.]; [5 - Прыгунов А.Г., Сизов В.П., Безуглов Д.А. Метод определения перемещений объектов на основе анализа волновых фронтов оптического поля с использованием эталонных голограмм. // Оптика атмосферы и океана, 8, №6, 1995. - С. 826-830]; [6 - Безуглов Д.А., Прыгунов А.Г., Трепачев В.В. Анализ дифракции света на эталонной голограмме при измерении перемещений объектов пространственно-спектральным методом // Автометрия СО РАН. 1998. №5. С. 21-28], сформированный лазерный световой поток со сферическим волновым фронтом направляют в плоскость отражательно-пропускающей Фурье-голограммы голографического интерферометра, формирующего два лазерных световых потока, обеспечивают когерентность двух лазерных световых потоков, совмещаемых в плоскости фотоприемного устройства, формируют интерферограмму кольцевой формы [7 - Прыгунов А.Г., Синютин С.А., Прыгунов А.А., Синютин Е.С. Анализ формы страт в эмульсии голограммы и вида изображения, реконструированного фурье-голограммой // ARPN Journal of Engineering and Applied Sciences, Vol. 9, NO. 12, DECEMBER 2014. - P. 2603-2607], в качестве плоского зеркала голографического интерферометра с отражательно-пропускающей Фурье-голограммой используют плоское зеркало, закрепленное на боковой грани конструкции из пьезоматериала, на электроды которой подают стабилизированное по амплитуде переменное электрическое напряжение, для формирования колебаний уровня интенсивности оптического поля в плоскости фотоприемного устройства боковую грань конструкции из пьезоматериала с закрепленным на ней плоским зеркалом голографического интерферометра с отражательно-пропускающей Фурье-голограммой перемещают с частотой колебаний стабилизированного по амплитуде переменного электрического напряжения, подаваемого на электроды этой конструкции, используют фотоприемное устройство, состоящее из отдельных фотоприемников, которые размещают в интерференционных полосах различных порядков сформированной интерферограммы, для смены значений набора дискретных частот радиочастотных электрических колебаний на выходах отдельных фотоприемников фотоприемного устройства изменяют уровень или частоту колебаний стабилизированного по амплитуде переменного электрического напряжения, подаваемого на электроды конструкции из пьезоматериала.

Техническим результатом предлагаемого способа является возможность конструктивно более простой технической реализации предлагаемого голографического способа формирования радиочастотных электрических колебаний на дискретных частотах, чем технической реализации способа-прототипа формирования радиочастотных электрических колебаний на дискретных частотах на основе волоконного эрбиевого лазера с синхронизацией мод. Это обусловлено тем, что в предлагаемом способе:

- для формирования радиочастотных электрических колебаний на дискретных частотах требуется использовать только один, а не три лазерных источника оптического излучения, что упрощает техническую реализацию предлагаемого способа;

- отсутствует необходимость генерации и уширения гребенки эквидистантных оптических частот и синхронизации мод, необходимость действий по усилению мощности излучения, расширению рабочего оптического диапазона частот, регулировке частоты смещения гребенки эквидистантных оптических частот и межмодовой частоты эрбиевого волоконного лазера с синхронизацией мод.

Для сравнения в таблице 1 представлены последовательности и совокупности действий при реализации способа, взятого за прототип, и способа, предлагаемого для патентования. Анализ содержания таблицы 1 позволяет сделать вывод о существенных отличиях предлагаемого голографического способа формирования радиочастотных колебаний на дискретных частотах от способа, взятого за прототип.

Проведенный сравнительный анализ выявил следующие отличия заявленного способа от способа-прототипа:

1) способ характеризуется наличием дополнительных действий над материальным объектом:

- формируют лазерный световой поток со сферическим волновым фронтом;

- используют голографический интерферометр с отражательно-пропускающей Фурье-голограммой;

- сформированный лазерный световой поток со сферическим волновым фронтом направляют в плоскость отражательно-пропускающей Фурье-голограммы голографического интерферометра формирующего два лазерных световых потока;

- обеспечивают когерентность двух лазерных световых потоков, совмещаемых в плоскости фотоприемного устройства;

- формируют интерферограмму кольцевой формы;

- в качестве плоского зеркала голографического интерферометра с отражательно-пропускающей Фурье-голограммой используют плоское зеркало, закрепленное на боковой грани конструкции из пьезоматериала, на электроды которой подают стабилизированное по амплитуде переменное электрическое напряжение;

- для формирования колебаний уровня интенсивности оптического поля в плоскости фотоприемного устройства боковую грань конструкции из пьезоматериала с закрепленным на ней плоским зеркалом голографического интерферометра с отражательно-пропускающей Фурье-голограммой перемещают с частотой колебаний стабилизированного по амплитуде переменного электрического напряжения, подаваемого на электроды этой конструкции;

- используют фотоприемное устройство, состоящее из отдельных фотоприемников, которые размещают в интерференционных полосах различных порядков сформированной интерферограммы;

- для смены значений набора дискретных частот радиочастотных электрических колебаний на выходах отдельных фотоприемников фотоприемного устройства изменяют уровень или частоту колебаний стабилизированного по амплитуде переменного электрического напряжения, подаваемого на электроды конструкции из пьезоматериала. 2) изменена совокупность действий над материальным объектом:

- не используют эрбиевый волоконный лазер с синхронизацией мод

- отсутствуют действия по генерации гребенки эквидистантных оптических частот;

- исключается лазерный оптический стандарт частоты, стабильность частоты которого переносят на гребенку эквидистантных оптических частот;

- отсутствуют действия по синхронизации (привязке) гребенки эквидистантных оптических частот с оптическим стандартом частоты;

- отсутствуют действия по регулировке частоты смещения гребенки эквидистантных оптических частот и межмодовой частоты;

- отсутствуют действия по созданию системы активной стабилизации эрбиевого синтезатора частот;

- отсутствуют действия по усилению мощности излучения эрбиевого волоконного лазера с синхронизацией мод;

- отсутствуют действия по расширению рабочего оптического диапазона частот эрбиевого волоконного лазера с синхронизацией мод;

- формирование радиочастотных электрических колебаний на дискретных частотах осуществляют не в результате оптико-электрического преобразования колебаний интенсивности оптического поля, обусловленных частотами биений двух лазерных световых потоков с разными частотами колебаний, а в результате оптико-электрического преобразования колебаний уровня интенсивности оптического поля в интерференционных полосах интерферограммы.

Дадим пояснения к предлагаемому способу. Для формирования радиочастотных электрических колебаний на дискретных частотах формируют лазерный световой поток со сферическим волновым фронтом. Используют голографический интерферометр с отражательно-пропускающей Фурье-голограммой. Отражательно-пропускающая Фурье-голограмма экспонируется в линейном режиме во встречных световых пучках, имеющих сферические волновые фронты. Сформированный лазерный световой поток со сферическим волновым фронтом, направляемый в плоскость отражательно-пропускающей Фурье-голограммы голографического интерферометра, частично дифрагирует от этой Фурье-голограммы, а частично проходит через отражательно-пропускающую Фурье-голограмму голографического интерферометра насквозь, отражается его плоским зеркалом и частично повторно проходит через эту Фурье-голограмму голографического интерферометра, но в обратном направлении. Световой поток, дифрагировавший от этой Фурье-голограммы и световой поток, отраженный плоским зеркалом и повторно прошедший через эту Фурье-голограмму голографического интерферометра, являются сонаправленными. Таким образом, формируют два лазерных световых потока, которые направляют в плоскость фотоприемного устройства и совмещают друг с другом в этой плоскости. Совмещая световые потоки, формируют колебания уровня интенсивности оптического поля в плоскости фотоприемного устройства в виде изменений пространственно-спектрального распределения интенсивности оптического поля на интерферограмме, формируемой в этой плоскости. С помощью фотоприемного устройства колебания уровня интенсивности оптического поля в его плоскости преобразуют в радиочастотные электрические колебания на дискретных частотах. Для этого в плоскости фотоприемного устройства формируют интерферограмму кольцевой формы. В качестве плоского зеркала голографического интерферометра с отражательно-пропускающей Фурье-голограммой используют плоское зеркало, закрепленное на боковой грани конструкции из пьезоматериала, на электроды которой подают стабилизированное по амплитуде переменное электрическое напряжение. Боковую грань конструкции из пьезоматериала с закрепленным на ней плоским зеркалом голографического интерферометра с отражательно-пропускающей Фурье-голограммой перемещают с частотой колебаний стабилизированного по амплитуде переменного электрического напряжения, подаваемого на электроды этой конструкции. Колебания плоского зеркала голографического интерферометра приводят к соответствующим изменениям разности фаз световых потоков, падающих в плоскость фотоприемного устройства и, тем самым, к формированию колебаний уровня интенсивности оптического поля в плоскости фотоприемного устройства. Будут иметь место различные частоты колебаний уровня интенсивности оптического поля в различных интерференционных полосах формируемой интерферограммы. Используют фотоприемное устройство, состоящее из отдельных фотоприемников, которые размещают в интерференционных полосах различных порядков сформированной интерферограммы. С помощью фотоприемного устройства колебания уровня интенсивности оптического поля в его плоскости преобразуют в радиочастотные электрические колебания на дискретных частотах. Для смены значений набора дискретных частот радиочастотных электрических колебаний на выходах отдельных фотоприемников фотоприемного устройства изменяют уровень или частоту колебаний стабилизированного по амплитуде переменного электрического напряжения, подаваемого на электроды конструкции из пьезоматериала. При этом амплитуды колебаний уровня интенсивности оптического поля в интерференционных полосах на интерферограмме в плоскости фотоприемного устройства будут убывать с ростом номера порядка интерференционной полосы [6]. Известно [8 - Повышение чувствительности голографического измерителя путем использования тонкой собирающей линзы. Красноплахтич А.А., Прыгунов А.А., Прыгунов А.Г., Конференция профессорско-преподавательского состава, сотрудников и обучающихся по итогам работы за 2013-2014 учебный год (в части молодежной науки), сборник докладов НТК (Ростов-на-Дону, 19-23 мая 2014 г.), С. 314-323.], что разность фаз интерферирующих световых потоков в каждой из конкретных интерференционных полос интерферограммы, формируемой голографическим интерферометром с отражательно-пропускающей Фурье-голограммой, смениться на π (происходит смена интенсивности светового потока с максимума на минимум или с минимума на максимум) при перемещении плоского зеркала голографического интерферометра относительно его отражательно-пропускающей Фурье-голограммы на величину, равную значению параметра Δh, который определяется соотношением:

где λ - длина волны лазерного светового потока;

n - номер полосы интерференционного порядка интерферограммы.

В случае, если амплитуда колебаний плоского зеркала голографического интерферометра с отражательно-пропускающей Фурье-голограммой равна параметру Δh для интерференционной полосы конкретного интерференционного порядка n, тогда частота колебаний уровня интенсивности лазерного светового потока в этой конкретной интерференционной полосе будет равна частоте ƒ₀ колебаний стабилизированного по амплитуде переменного электрического напряжения, подаваемого на электроды конструкции из пьезоматериала. В случае если для интерференционной полосы конкретного интерференционного порядка n, амплитуда колебаний плоского зеркала голографического интерферометра с отражательно-пропускающей Фурье-голограммой равна целому числу значений параметра Δh при N≥2, тогда частота ƒ_n колебаний уровня интенсивности лазерного светового потока в этой конкретной интерференционной полосе будет определяться соотношением

Параметр для интерференционной полосы конкретного интерференционного порядка n, в которой формируется дискретная частота колебаний уровня интенсивности светового потока, всегда должен быть целым числом. Для выполнения этого условия необходимо, чтобы обеспечивался соответствующий уровень стабилизированного по амплитуде переменного электрического напряжения, подаваемого на электроды конструкции из пьезоматериала. Частоты колебаний интенсивности лазерного светового потока ƒ_n в интерференционных полосах интерферограммы, формируемой голографическим интерферометром с отражательно-пропускающей Фурье-голограммой, а значит и частоты радиочастотных электрических колебаний на дискретных частотах на выходах отдельных фотоприемников фотоприемного устройства, размещенных в интерференционных полосах интерферограммы, равны между собой. Стабильность частот, формируемых радиочастотных электрических колебаний на дискретных частотах, в предлагаемом способе будет определяться стабильностью частоты колебаний на выходе источника переменного электрического напряжения, подаваемого на электроды конструкции из пьезоматериала, резонансными свойствами конструкции из пьезоматериала, формой сигналов колебаний и стабильностью амплитуды переменного электрического напряжения, подаваемого на электроды конструкции из пьезоматериала. Для повышения стабильности частот формируемых радиочастотных электрических колебаний на дискретных частотах, в предлагаемом способе необходимо обеспечить равенство частоты колебаний на выходе источника переменного электрического напряжения, подаваемого на электроды конструкции из пьезоматериала, и резонансной частоты колебаний этой конструкции из пьезоматериала. Для снижения нелинейности выходных колебаний на выходе устройства, технически реализующего голографический способ формирования радиочастотных электрических колебаний на дискретных частотах, колебания на выходе источника переменного электрического напряжения, подаваемого на электроды конструкции из пьезоматериала, должны быть в виде импульсных сигналов.

На фигуре представлен один из вариантов структурной схемы устройства, реализующего предложенный голографический способ формирования радиочастотных электрических колебаний на дискретных частотах. На фигуре использованы следующие обозначения: 1 - источник лазерного светового потока; 2 - оптическая система; 3 - отражательно-пропускающая Фурье-голограмма; 4 - плоское зеркало; 5 - конструкция из пьезоматериала; 6 - электроды конструкции из пьезоматериала; 7 - источник переменного электрического напряжения, подаваемого на электроды конструкции из пьезоматериала; 8 - блок управления источником переменного электрического напряжения, подаваемого на электроды конструкции из пьезоматериала; 9 - фотоприемное устройство; 10 - лучи лазерного светового потока, дифрагировавшего от отражательно-пропускающей Фурье-голограммы 3 голографического интерферометра; 11 - лучи когерентного лазерного светового потока, отраженного плоским зеркалом 4 голографического интерферометра и повторно прошедшего через отражательно-пропускающую Фурье-голограмму 3, но в обратном направлении; 12 - блок усилителей и электрических фильтров.

Устройство, представленное на фигуре, устроено и работает следующим образом. Источник лазерного светового потока 1 излучает лазерный световой поток. Используют источник лазерного светового потока, излучающий когерентный световой поток. Этот лазерный световой поток направляют на вход оптической системы 2. Используя оптическую систему 2, на ее выходе формируют лазерный световой поток со сферическим волновым фронтом. С выхода оптической системы 2 этот лазерный световой поток со сферическим волновым фронтом направляют в плоскость отражательно-пропускающей Фурье-голограммы 3. Падая в плоскость этой Фурье-голограммы 3, этот лазерный световой поток со сферическим волновым фронтом, частично дифрагирует от этой Фурье-голограммы 3, а частично проходит через эту Фурье-голограмму 3 насквозь, отражается плоским зеркалом 4 и повторно частично проходит через эту отражательно-пропускающую Фурье-голограмму 3, но в обратном направлении. Отражательно-пропускающая Фурье-голограмма 3 и плоское зеркало 4 образуют голографический интерферометр. Плоское зеркало 4 изготовлено путем металлического напыления на боковую грань конструкции из пьезоматериала 5. На электроды 6 конструкции из пьезоматериала 5 подают стабилизированное по амплитуде переменное электрическое напряжение, формируемое источником переменного электрического напряжения 7. Амплитуду и частоту колебаний этого переменного электрического напряжения на выходе источника переменного электрического напряжения 7 задают и регулируют с помощью блока управления источником переменного электрического напряжения 8. Лазерный световой поток, частично дифрагировавший от отражательно-пропускающей Фурье-голограммы 3, и лазерный световой поток, отраженный плоским зеркалом 4 и повторно частично прошедший через отражательно-пропускающую Фурье-голограмму 3, но в обратном направлении, направляют на входную плоскость фотоприемного устройства 9 и совмещают друг с другом. При этом конструкция голографического интерферометра обеспечивает когерентность сформированных им лазерных световых потоков, падающих в плоскость фотоприемного устройства 9. На фигуре направления этих лазерных световых потоков показаны лучами со стрелками: 10 - лучи лазерного светового потока, дифрагировавшего от отражательно-пропускающей Фурье-голограммы 3 голографического интерферометра; 11 - лучи лазерного светового потока, отраженного плоским зеркалом 4 голографического интерферометра и повторно частично прошедшего через голографического интерферометра и повторно частично прошедшего через отражательно-пропускающую Фурье-голограмму 3, но в обратном направлении. В области совмещения на входной поверхности фотоприемного устройства 9 эти лазерные световые потоки интерферируют и формируют интерферограмму кольцевой формы. Фотоприемное устройство 9 состоит из ряда отдельных фотоприемников. Отдельные фотоприемники фотоприемного устройства 9 размещают в соответствующих каждому из них интерференционных полосах интерферограммы, формируемой на входной плоскости фотоприемного устройства 9. При подаче на электроды 6 конструкции из пьезоматериала 5 стабилизированного по амплитуде переменного электрического напряжения, формируемого источником переменного электрического напряжения 7, боковая поверхность конструкция из пьезоматериала 5 и, соответственно, плоское зеркало 4, изготовленное путем металлического напыления на боковую грань этой конструкции, будут совершать колебания относительно плоскости отражательно-пропускающей Фурье-голограммы 3. Эти колебания приведут к соответствующим им изменениям мгновенной фазы лазерного светового потока, отраженного плоским зеркалом 4 и повторно, но в обратном направлении, прошедшего через отражательно-пропускающую Фурье-голограмму 3 голографического интерферометра. В плоскости интерференции на входной поверхности фотоприемного устройства 9 будет соответствующим образом изменяться разность фаз лазерного светового потока, частично дифрагировавшего от отражательно-пропускающей Фурье-голограммы 3, и лазерного светового потока, отраженного плоским зеркалом 4 и повторно частично прошедшего через отражательно-пропускающую Фурье-голограмму 3, но в обратном направлении. Это приведет к соответствующим изменениям амплитудно-фазового распределения интенсивности оптического поля на интерферограмме, формируемой этими двумя световыми потоками в плоскости фотоприемного устройства 9. На выходах отдельных фотоприемников фотоприемного устройства 9, размещенных в соответствующих им интерференционных полосах формируемой интерферограммы, будут формироваться радиочастотные электрические колебания на дискретных частотах, значения которых будут определяться соотношением (2). Радиочастотные электрические колебания на дискретных частотах, сформированные таким образом, поступают в блок усилителей и электрических фильтров 12 на входы усилителей и электрических фильтров этого блока, соответствующих каждому отдельному сформированному радиочастотному колебанию. В блоке усилителей и электрических фильтров 12 сформированные радиочастотные электрические колебания на дискретных частотах усиливают и фильтруют от посторонних электрических колебаний. С выходов блока усилителей и электрических фильтров 12 усиленные радиочастотные электрические колебания на дискретных частотах поступают на выходы голографического устройства формирования радиочастотных электрических колебаний на дискретных частотах.

Проведенные исследования показали осуществимость заявленного голографического способа формирования радиочастотных электрических колебаний на дискретных частотах и подтвердили его практическую значимость. Положительным эффектом является возможность технической реализации голографического способа формирования радиочастотных электрических колебаний на дискретных частотах конструктивно более простого, чем практической реализации способа-прототипа. Устройства, реализующие предлагаемый голографический способ формирования радиочастотных электрических колебаний на дискретных частотах, могут быть технически реализованы на современной элементной базе, что отвечает критерию «промышленная применимость».

Изобретение относится к областям телекоммуникаций и радиоэлектроники и может быть использовано в аппаратуре этих областей применения. Технический результат - возможность конструктивно более простой технической реализации предлагаемого голографического способа формирования радиочастотных электрических колебаний на дискретных частотах. В заявленном голографическом способе формирования радиочастотных электрических колебаний на дискретных частотах формируют лазерный световой поток со сферическим волновым фронтом. Используют голографический интерферометр с отражательно-пропускающей Фурье-голограммой. Сформированный лазерный световой поток со сферическим волновым фронтом направляют в плоскость отражательно-пропускающей Фурье-голограммы голографического интерферометра, где он частично дифрагирует от отражательно-пропускающей Фурье-голограмме, а частично проходит через нее насквозь, отражается плоским зеркалом голографического интерферометра и частично повторно проходит в обратном направлении через Фурье-голограмму. В плоскости фотоприемного устройства лазерные световые потоки совмещают и формируют интерферограмму кольцевой формы. В способе используют плоское зеркало, закрепленное на боковой грани конструкции из пьезоматериала, на электроды которой подают стабилизированное по амплитуде переменное электрическое напряжение. При этом боковую грань конструкции из пьезоматериала с закрепленным на ней плоским зеркалом голографического интерферометра с отражательно-пропускающей Фурье-голограммой перемещают с частотой колебаний стабилизированного по амплитуде переменного электрического напряжения. Колебания плоского зеркала голографического интерферометра вызывают различные по дискретным частотам колебания уровня интенсивности оптического поля в интерференционных полосах интерферограммы, формируемой голографическим интерферометром. В качестве фотоприемного устройства устройство, состоящее из отдельных фотоприемников, которые размещают в интерференционных полосах различных порядков сформированной интерферограммы, и с помощью которых колебания уровней интенсивности оптического поля в интерференционных полосах интерферограммы преобразуют в радиочастотные электрические колебания на дискретных частотах. Для смены значений набора дискретных частот радиочастотных электрических колебаний на выходах отдельных фотоприемников фотоприемного устройства изменяют уровень или частоту колебаний стабилизированного по амплитуде переменного электрического напряжения, подаваемого на электроды конструкции из пьезоматериала. 1 ил., 1 табл.

Голографический способ формирования радиочастотных электрических колебаний на дискретных частотах, в котором формируют два лазерных световых потока, которые направляют в плоскость фотоприемного устройства и совмещают друг с другом в этой плоскости, формируют колебания уровня интенсивности оптического поля в плоскости фотоприемного устройства, с помощью фотоприемного устройства колебания уровня интенсивности оптического поля в его плоскости преобразуют в радиочастотные электрические колебания на дискретных частотах, отличающийся тем, что формируют лазерный световой поток со сферическим волновым фронтом, используют голографический интерферометр с отражательно-пропускающей Фурье-голограммой, сформированный лазерный световой поток со сферическим волновым фронтом направляют в плоскость отражательно-пропускающей Фурье-голограммы голографического интерферометра, формирующего два лазерных световых потока, обеспечивают когерентность двух лазерных световых потоков, совмещаемых в плоскости фотоприемного устройства, формируют интерферограмму кольцевой формы, в качестве плоского зеркала голографического интерферометра с отражательно-пропускающей Фурье-голограммой используют плоское зеркало, закрепленное на боковой грани конструкции из пьезоматериала, на электроды которой подают стабилизированное по амплитуде переменное электрическое напряжение, для формирования колебаний уровня интенсивности оптического поля в плоскости фотоприемного устройства боковую грань конструкции из пьезоматериала с закрепленным на ней плоским зеркалом голографического интерферометра с отражательно-пропускающей Фурье-голограммой перемещают с частотой колебаний стабилизированного по амплитуде переменного электрического напряжения, подаваемого на электроды этой конструкции, используют фотоприемное устройство, состоящее из отдельных фотоприемников, которые размещают в интерференционных полосах различных порядков сформированной интерферограммы, для смены значений набора дискретных частот радиочастотных электрических колебаний на выходах отдельных фотоприемников фотоприемного устройства изменяют уровень или частоту колебаний стабилизированного по амплитуде переменного электрического напряжения, подаваемого на электроды конструкции из пьезоматериала.