Акустооптический фазовращатель Советский патент 1984 года по МПК H03H7/18 

2.Фазовршцатель по п. 1, о т л ичающийся тем, что пьезоэлектрический преобразователь выполнен в виде ступенчатой фазированной решетки. 3.Фазовращатель по п. 1, о т л ичающийся тем, что распределение прозрачных участков оптической маски по оси х и у описывается соотношениями1 Т(х)с( cosw X ; . . 1 1 Т () « const , Ъ - численные коэффициенты; pj. - частоты гармонических составляющих вдоль осиХ п - общее число гармонических составляющих вдоль оси X .

1. АКУСТООПТИЧЕСКИЙ ФАЗОВРА ЩАТЕЛЬ, содержащий последовательно размещенные на общей оптической оси квантовый генератор, ультразвуковой Модулятор света, состоящий из звукопровода с расположенным на его торце пьезоэлектрическим преобразователем, электрический выход которого соедине с входными клеммами фазовращателя, оптическую маску, первый фотоприемник, выход которого соединен с входом первого полосового фильтра, выход которого соединен с первьп.;и выходными клеммами фазовращателя, о т л ич а ю -щ и и с я тем, что, с целью расширения рабочего диапазона частот, в него введены второй полосовой, фильтр и второй фотоприемник, выход которого соединен с входом второго полосового фильтра, выход которого соединен с вторыми выходными клеммами фазовращателя, причем второй фотоприемник смещен относительно общей оптической оси и продольной оси ультразвукового модулятора света на расстояние, определяемое формулой . : л., где AV --требуемый фазовьй сдвиг между напряжениями на пер- § вых и вторых виходных клеммах фазовращателя, cf - длина элемента пьезоэлектрического преобразователя. Sufffft.

Изобретение относится к области акустоэлектроники и предназначено для использования в радиотехнических устройствах различного назначения, в частности в устройствах обработки радиосигналов.

Известны акустооптические (лазерно-акустические) фазовращатели, в которых входное напряжение преобразуется в акустическую волну, акустическая волна задерживается в материале звукопровода, а затем преобразуется в выходное электрическое напряж ние путем считывания лазерным лучом Cl

Недостатком этого устройства является ограниченный рабочий диапа.зон частот.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является акустический фазовращатель, содержащий последовательно размещенные на общей оптической оси квантовьй генератор (лазер), ультразвуковой модулятор света, пьезопреобразователь которого служит входом линии задержк оптическую маску, а также фотоприемник, соединенный с полосовым фильтром, выход которого служит выходом линии задержки 2.

Недостатком этого фазовращателя является также ограниченньй рабочий диапазон частот, обусловленный тем, что вследствие постоянства величины времени задержки при изменении частоты будет происходить пропорциональное изменение фазового сидвига между входным и выходным сигналами, что позволяет получить фиксированную величину фазового сдвига лишь на одной определенной частоте, и щирина

полосы рабочих частот фазовращателя очень ограничена, практически стремится к нулю.

Цель изобретения - расширение рабочего диапазона частот акустического фазовращателя.

Поставленная цель достигается тем, что в акустический фазовращатель, содержащий последовательно размещенные на общей оптической оси квантовый

0 генератор, ультразвуковой модулятор света, состоящий из звукопровода с расположенным на его торце пьезоэлектрическим преобразователем, электрический выход которого соединен с

5 входными клеммами фазовращателя, оптическую маску, первый фотоприемник, выход которого соединен с входом первого полосового фильтра, выход которого соединен с первыми выходны0ми клеммами фазовращателя, введены второй полосовой фильтр и второй фотоприемник, выход которого соединён с входом второго полосового фильтра, выход которого соединен с вторыми

5 выходными клеммами фазовращателя, причем второй фотоприемник смещен относительно общей Ьптической оси и продольной оси ультразвукового модулятора света на расстояние, опреде0ляемой формулой л

Л. ЛЧ ,

где Л - требуемый фазовьй сдвиг

между напряжениями на первых и вторых выходных клем5мах фазовращателя,

d длина элемента пьезоэлектрического преобразователя. Пьезоэлектрический преобразователь вьшолнен в виде ступенчатой

0) фазированной решетки. Распределение прозрачных участков оптической маски по оси Л и : описывается соотношениями п T(xl a-frb costo.,.x ;. . i TC-jlrds const , численные коэффициенты, частоты гармонических составляющих вдоль оси X общее число гармоничес- ких составляющи5с вдоль оси У . Создаваемый фазовращателем фазовый сдвиг возникает между напряжениями на первых и вторых выходных клеммах за счет взаимного разнесения фотоприемников ирасположения ступенчатой фазированной решетки, которая создает акустическую волну с фронтом, наклоненным относительно направления разнесения фотопрйёмников. Постоянство величины этого фазового сдвига в широком частотном диапазоне обеспечивается автоматическим изменением угла наклона фрон та акустической волны при изменении частоты входного напряжения в силу свойств ступенчатой фазированной решетки. На чертеже представлена схема акустического фазовра;1цателя. Фазовращатель содержит квантовый генератор 1, уль.тразвуковой модулятор 2 света, звукопровод 3,пьезоэлектрический преобразователь 4jj оп тическую маску 5, фотоприемники 6 и 7, полосовые фильтры 8 и 9, приче фазовращатель является электрическим входом пьезоэлектрического преобразователя 4, а выходами,- выходы полосовых фильтров 8 и 9. Акустический фазовращатель работает следующим образом. Входное гармоническое напряжение U)(i cos|u)t+Vgjj) с начальной фазой 8x частотой ш поступает на пьезоэлектрический прербразователь - ступенчатую фазйр ванную решетку 4, возбуждая в звуко проводе 3 бегущую акустическую волн Расположение ступенчатой фазированной решетки 4 таково, что акустичес кая волна распространяется под некоторым углом к оси X, и поверхност равных фаз этой волны составляют та кой же угол к вертикальной . Луч света от квантового генератора 1 претерпевает дифракцию сначала на акустйческо.й волне, а затем на оптической маске 5, расположенной в непосредственной близости от звукопровода 3. Очевидно, на выходах обоих фотоприег ников 6 и 7 будут присутствовать гармонические напряжения, повторяющие по форме входное, но задержанные относительно него на время распространения волны в звукрпроводе 3 от его начала до соответствующего фотоприемника 6. Причем . вследствие наклона поверхностей равных фаз акустической волны (волновых фронтов) относительно вертикальной оси, эти поверхности равных фаз будут добегать до одного из фотоприемников позже, чем до другого на время ... , гдеД: - расстояние между центрами фотоприемников 6 и 7 по оси; Q - угол наклона поверхностей равных фаз акустической вол. ны к оси :/ на частоте; V - скорость акустической волны в звукопроводе 3 ультразвукового модулятора света 2. Этому времени относительной задержки соответствует фазов.ый сдвиг между выходными нг|пряжениями: 44 l 4:/sirie , где К -- волновое число ультразвука. При изменении частоты входного напряжения, если бы угол наклона в оставался неизменным, фазовый сдвиг между выходными напряжениями изменялся бы согласно последней формуле, пропорционально частоте. Для поддержания постоянного фазового сдвига необходимо изменять синус угла наклона обратно пропорционально частоте Именно такой закон изменения угла наклона акустической волны имеет приме11яемыЙ пьезоэлектрический преобразователь 4 .на ступенчатой фазированной решетке; где d - длина элемента решетки. S1 Очевидно, что в фазовращателе фазовый сдвиг между выходными напряжениями ,.v, - V cf не зависит от частоты входного напряжения и определяется только его конструктивными параметрами. Зная величину «I, легко подсчитать расстоя ние &э между центрами фотоприемников 6 и 7 для получения требуемого фазового сдвига 4 f: . ,,.4. Таким образом, при пода1че на вход фазовращателя гармонического напряжения, на первый и вторых его вьжод-г ных клеммах появятся напряжения, пов торяющие по форме входное. При изменении частоты входного напряжения фазовые сдвиги между ними и выходными напряжениями, обусловленные задержкой распространения ультразвука от начала звукопровода 3 до фотоприемников 6 и 7 будут Изменяться, фазо вый же сдвиг между выходнь1ми напряжениями, обусловленный наклоном 1 акустической волны и разнесением фотоприемников 6 и 7 по оси V будет. постоянен при любом изйенении частоты входного напряжения в пределах полосы рабочих частот. Это позволяет применить фазовращатель в схемах квадратурной корреляционной обработки радиосигналов с целью обеспечения квадратурй между каналами при перестройке частоты опорного колебания и в схемах частотнонезависимой демодуляции. Рабочий диапазон частот фазовращателя определяется полосой частот пьезоэлектрического преобразователя 4, а также количеством гармонических составляющих, записанн1ах в виде функции прозрачности на оптическую маску 5. В целом, реально достижимая ширина рабочего диапазона составляет более 30%. Как отмечалось, ширина полосы рабочих частот прототипа составляет 1% при обеспечении фазового сдвига с отклонением в 1% от требуемого значения. Поэтому применение данного изобретения позволит расширить полосу фазовращателя более чем в 30 раз.