Акустооптический анализатор спектра Советский патент 1986 года по МПК G01R23/16 

Изобретение относится к радиоизмерительной технике и может быть использовано для получения спектров сигналов в реальном масштабе времени

Цель изобретения - увеличение диапазона анализкруеьмх частот путем преобразования светового распределения в плоскости фотоприемника из одномерного в двумерное, имеющее форму растра, что позволяет использовать большое число разрешающих элементов двумерного фотоприемника.

На чертеже представлена структурная схема предложенного анапизатора.

Анализатор содержит оптически связанные источник 1 когерентного света, например оптический квантовый генератор нетферывного действия, коллиматор 2, цилиндрическую линзу

3,акустооптический модулятор (АШ)

4,пьезопреобразователь 5 которого является входом анализатора спектра, АСЖ 6, пьезопреобразователь 7 которого расположен на звукопроводе с той же стороны, что и пьезопреобразователь 5 4. Далее следует сферическая линза 8. За Ш1нзой 8 расположены АОМ 9 с пьезопреобразова телем 10 и АОМ 11с пьезопреобразо- вателем 12, причем пьезопреобразова- ,тели 10 и 12 расположены на проти- воположных гранях звукопроводов АОМ |9 и 11. При зтом АОМ 9 и 11 повернуты на 90° вокруг оптической оси относительно АОМ 4 и 6 и смещены вдоль оси, перпендикулярной плоскости пьезопреобразователей 5 и 7, в противоположные от оптической оси стороны соответственно на расстояния

X.

где f, и f. - средние частоты спектров анализируемого сигнала и ЛЧМ-сигнала со- ответственноJ F - фокусное расстояние первой сферической линзы{

Л - длина волны светаi V - скорость распространения акустических волн в третьем и четвертом АОМ.

Эти стороны определяются положением соответственно -1-го светового дифракционного порядка после АОМ 4 и -1-1-го порядка после А(Ж 6, Далее

расположены сферическая линза 13, фокальная диафрагма 14, пропускающая -fl-й дифракционный порядок после АОМ 9 и 11, цилиндрическая линза 15,

двумерный фотоприемник 16, в качестве которого может быть использована матрица ПЗС, причем отношение длины звукопроводов АОМ 9 и 11 к длине звукопроводов АОМ 4 и 6 равно числу

строк фотоприемника 16. Выход фотоприемника 16 является выходом анализатора спектра. Кроме того, анализатор спектра содержит генератор 17 ЛЧМ-сигнала, выход которого соединен с пьезопреобразователями 7 и 12, а также генератор 18 синусоидального сигнала, выход которого соединен с пьезопреобразователем 10. Частота синусоидального сигнала генератора

18 выбирается так, чтобы скомпенсировать пространственную несущую по координате у.

Устройство работает следующим образом.

|

Световой пучок от источника 1 расширяется коллиматором 2 и фокусируется линзой 3 на апертуре АОМ 4 и 6. Анализируемый сигнал поступает

на пьезопреобразователь 5 и преобразуется последним в акустическую волну в АОМ 4. ЛЧМ-сигнал с выхода генератора 17 поступает на пьезо- преобразоватеяи 7 и 12, которые

преобразуют его в акустические волны в АШ 6 и 11. Синусоидальный сигнал поступает с выхода генератора 18 на пьезопреобразователь 10, которым преобразуется в акустическую волну

в АШ 9. Световой пучок дифрагирует на акустических волнах в АОМ 4 и 6. Линза 8 осуществляет пространственное преобразование Фурье над свето- зым распределением S выходной плоскости АОМ 6 и фокусирует световые пучки -1-го дифракционного порядка после АОМ 4 на апертуре АОМ 9 и +1- го дифракционного порядка после АОМ 6 на апертуре АОМ 11. Далее

свет дифрагирует на акустических волнах в АШ 9 и 11. Линза 13 осуществляет преобразование Фурье над световым распределением в выходной плоскости АОМ 9 и 11, фокальная

диафрагма 14 пропускает только -И- ый дифракционный порядок, что обеспечивает коллинеарность распространения по координате световых

ков, проходящих на фотоприемник 16. Линза 5 восстанавливает в плоскости фотоприемника t6 выходные плоскости модуляторов. Для увеличения точности согласования структуры светового распределения и топологии двумерного фотоприемника 16 линза 15 может быть заменена астигматической парой, т.е. парой, состоящей из цилиндрической и сферической линз. Фотоприемник 16, в качестве которого может быть использована, напри-. мер, матрица.ПЗС, осуществляет накопление заряда пропорционально интенсивности падающего на него светового распределения. В результате накопления на фотоприемнике 16 образуется двумерное распределение заряда, имеющее форму растра, строки в котором ориентированы вдоль оси X, а число их равно отношению длины звукопроводов АОМ 9 и i1 к длине звукопроводоБ АОМ 4 и 6. Математический анализ работы устройства показывает, что структура распределения заряда представляет собо пространственную несущую по координате X, т.е. вдоль строк растра, промодух ированную по амплитуде амплитудным спектром, а по фазе - фа- зовым спек тром анализируемого сигнала. В результате считывания распределение заряда преобразуется в электрический сигнал на выходе фотоприемника 16.

Таким образом, использование двумерного фотоприемника, имеющего существенно большее число разрешающих элементов по сравнению с одномерными, в сочетании с соответствующей двумерной организацией структуры акустооптического анализатора спектра, требующей введения в схему дополнительных линз и генератора синусоидального сигнала, а также обеспечения специального положения и ориентации АОМ при определенном соотношении длин звукопроводов последних позволяет в несколько раз увеличить число элементов разрешения по частоте и соответственно диапазон анализируемых частот анализатора спектра и довести их до величины, определяемой алгоритмом работы устройства. В предложенном анализаторе число элементов разрешения по частоте численно равно базе АОМ. База совре978 . 4

менных АОМ достигает величины fO - 340

Таким образом, в анализаторе согласно изобретению число элементов разрешения по частоте в 3-5 раз больше, чем в анализаторе-прототипе. Так как достижимее разрешение по частоте для предложенного анализатора и анализатора-прототипа одинаково и

определяется временем накопления фотоприемника, то выигрыш в числе элементов разрешения по частоте приводит к выигрышу в такое же число раз (т.е. в 3-5 раз) в величине диапазона анализируемых частот.

Формула изобретения

Акустооптический анализатор спектра, содержащий расположенные на одной оптической оси источник когерент ного света, коллиматор, пару модуляторов, состоящую из первого и второго акустооптических модуляторов,

которые смещены вдоль оси, перпендикулярной плоскости,, образованной оптической осью и осью звукопроводов первого и второго акустооптических модуляторов, в противоположные

от оптической оси стороны, диафрагму, первую цилиндрическую линзу, фотоприемник, а также третий и четвертый акустооптические модуляторы, пьезопреобразователи которых расположены на одноименных гранях звукопроводов, и генератор сигнала с линейной частотной модуляцией, выход которого соединен с пьезопреобразо- вателями второго и четвертого акустооптических модуляторов, о-т л и - чающийся тем, что, с целью увеличения диапазона анализируемых частот, в анализатор введены вторая цилиндрическая линза, первая и вторая сферические линзы, генератор синусоидального сигнала, причем вторая цилиндрическая линза, третий акустооптический модулятор, четвертый акустооптический модулятор, первая сферическая линза расположены последовательно на одной оптической оси между коллиматором и парой модуляторов, состоящей из первого и второго акустооптических модуляторов, а вторая сферическая линза расположена на оптической оси между парой модуляторов, состоящей из первого и второго акустооптических

$ 1

модуляторов, и диафрагмой, при этом третий и четвертый акустооптичес- кие модуляторы повернуты на 90 вокруг оптической оси относительно первого и второго акустооптических модуляторов, а первый и второй акус- тооптические модуляторы смещены со li.

V

от оптической оси, где

ответственно на расстояния х, f, РЯ

И V 2tt А П

f| иfj - средние частоты спектров анализируемого сигнала и ЛМЧ-сиг- нала соответственно; F - фокусное расстояние первой сферической линзы} Т( - длина волны света; v - ско рость распространения акустических волн в третьем и четвертом акусто50978

оптических модуляторах, причем пьезе- преобразователи первого и второго акустооптических модуляторов расположены на противоположных гранях звуко5 проводов, выход генератора синусоидального сигнала соединен с пьезопрео б - разователем первого акустооптичес- кого модулятора, а пьезопреобразо- ватель третьего акустооптического

10 модулятора соединен с входом анализатора спектра, при этом фотоприемник выполнен двумерным, а отношение длины звукопроводов первого и второго акустооптических модулятоfS ров к длине звукопроводов третьего и четвертого акустооптических модуляторов выбирается равным числу строк в фотоприемнике.

Изобретение относится к радиоизмерительной технике и может быть использовано для получения спектров сигналов в реальном масштабе времени. Цель изобретения - увеличение диапазона aнaлизиpye влx частот. Устройство содержит источник 1 когерентного света, коллиматор 2, цилиндрическую линзу 15, акустооп- тические модуляторы 9, 11, 4 и 6 с соответствующими преобразователями 10, 12, 5 и 7, фокальную диафрагму 14, генератор 17 ЛЧМ-сигнала. Использование двумерного фотоприемника 16, имеющего существенно большее число разрешающих элементов, в сочетании с соответствующей двумерной организацией структуры устройства, требующей введения цилиндрической линзы 3, сферических линз 8 и 13 и генератора 18 синусоидального сигнала, а также обеспечение специального положения и ориентации акустооптических генераторов при определенном соотношении длин зву- копроводов последних.позволяют в несколько раз увеличить число элементов разрешения по частоте и со- : ответственно диапазон анализируемых частот анализатора спектра и довести их до величины, определяемой алгоритмом работы устройства. 1 ил. i СЛ 9 12 4 75 „ ie