Акустооптическое устройство для измерения девиации частоты радиосигнала Советский патент 1986 года по МПК G01R23/16 

125

ные cBeiовые пучки с АОД 6 и 7 интерн ферируют в плоскости матриц 10 и 11 фотоприемников. Причем один из пучков света, проходя удлинитель пути 9, получает дополнительный набег фазы. На матрицы 10 и 11 нанесены противофазные штриховые маски, штрихи которых параллельны интерференционным полосам, а период штрихов равен периоду интерференционных полос. Токи фотоприемников матриц 10 и 11 проходят сумматоры 12 и 1З соответственно, вычитатель 14, фильтр 15 нижних частот и поступают в регистрирующее устройство 16. Устройство позволяет

1

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для Измерения девиации частоты генераторов гармонических колебаний высоких и сверхвысоких частот, в том числе работающих в радиоимпульсном режиме.

Цель изобретения - повышение точности измерения девиации при малых индексах модуляции частоты исследуемого генератора # повьш1ение точности измерения кратковременной нестабильности частоты исследуемого генератора.

На чертеже представлена структурная схема устройства.

Устройство содержит оптический квантовый генератор (ОКГ) 1, колли- мирующие линзы 2 и 3, расщепитель.4 оптического луча, наклонное зеркало 5, идентичные акустооптические д,еф- лекторы (АОД) 6 и 7 с противоположным друг относительно друга направлением распространения акустической волны, исследуемый генератор 8, удлинитель оптического пути 9j первую патрицу 10 фотоприемников, покрытую штриховой маской, с шагом, равным периоду интерференционной картины, вторую матрицу 11 фотоприемников, покрытую штриховой маской, противофазной маске на первой матрице 10, первое и второе аналоговые суммирующие устройства 12 и 13, вычитающее

551

путем переноса спектра исследуемого радиосигнала в оптический диапазон измерять изменение частоты исследуемого генератора 8 относительно номинальной путем регистрации числа смен максимумов и минимумов освещенности в интерференционной картине за какой- то интервал усреднения. Это означает, что измерение нестабильности длины волны исследуемого генератора 8 производится с помощью ОКГ, имеющего ДЛИНУ волны много меньше длины волны исследуемого генератора, что позволяет существенно повысить точность измерений. 1 ил.

устройство 14, фильтр 15 нижних частот, регистрирующее устройство 16.

ОКГ 1 оптически связан через кол- лимирующие линзы 2 и 3 с расщепителем 4 оптического луча, один из выходов которого оптически связан с первым АОД 7, а второй выход расщепителя 4 оптически связан через наклонное зеркало 5 с вторым АОД 6. Радиочастотные входы АОД 6 и 7 подключены к выходу исследуемого генератора 8.

Оптические выходы АОД 6 и 7 оптически связаны с компланарными матрицами фотоприемников 10 и 11, причем АОД 6 связан с ними через удлинитель оптического пути 9. Выходы матриц 10 и 11 фотоприемников подключены к входам аналоговых суммирующих устройств 12 и 13 соответственно.. Выходы последних соединены с входами аналогового вычитающего устройства 14, выход которого через фильтр 15 нижних частот подключен к регистри- рующему устройству 16.

Устройство работает следующим образом.

Узкий когерентный световой луч, генерируемый ОКГ 1, последовательно

проходит через коллимирующие линзы 2 и 3, на выходе которых получается плоский световой пучок с равномерной по сечению интенсивностью. Этот кий световой пучок поступает на оп31

тический расщепитель 4, где разделяется на два равных по интенсивности световых пучка, один из которых поступает на первый АОД 6, а второй через наклонное зеркало 5 - на второй АОД 7. СВЧ-сигнал от исследуемого генератора 8 поступает на радиочастотные входы АОД 6 и 7, возбуждая в них упругие акустические волны, распространяющиеся в противоположных направлениях. Световые пучки, поступающие на дефлекторы 6 и 7, с расщепителя 4 оптического луча и наклонного зеркала 5, взаимодействуют с акустическими упругими деформациями АОД 6 и 7 соответственно, в результате чего происходит дифракция света на звуке.. Если режим работы АОД 6 и 7 выбран брэггов- ским, то дифрагированный световой пучок на выходе первого АОД 6 отклонится на угол б , а на выходе.второго АОД 7 на угол -0, так как акустические волны в дефлекторах 6 и 7 распространяются в противоположных направлениях. Прошедшие (не дифрагированные) световые пучки на выходе дефлекторов для уменьшения паразитных засветок должны быть поглощены, например, с помощью масок. При диф- ракции световых пучков в акустооп- тических дефлекторах 6 и 7 происходит не только их отклонение на угол в и - 0, но также изменяется частота электромагнитных колебаний в дифрагированном световом пучке на величину частоты сигнала исследуемого генератора 8, Дифрагированные световые пучки с первого 6 и второго 7 АОД интерферируют в плоскости,где расположены первая 10 и вторая 11 матрицы фотоприемников, причем второй пучок 5 проходя через удлинитель пути Я, получает дополнительный набег фазы.

В результате интерференции на матрицах 10 и 11 фотоприемников возникает картина из чередующихся светлых и темных интерференционных полос, паралельных штрихам масок, которыми покрыты матрицы 10 и 11 фотоприемников. Шаг штриховых масок равен периоду интерференционных полос, ширина непрозрачных штрихов равна половине периода интерференционных полос.

Ток фотоприемника пропорционален интенсивности падающего на него светового потока. Токи фотоприемников

5

575514

первой матрицы 10 суммируются в первом аналоговом сумматоре 12. Так как матрица 10 покрыта маской с непрозрачными штрихами, период которых 5 равен периоду интерференционной кар- тргаы, то выходной сигнал с первого суммирующего устройства 12 будет пропорционален сумме токов всех фотоприемников матрицы, на которые О падают световые колебания с одинаковой пространственной фазой (например, соответствующей светлым полосам интерференционной картины) плюс постоянная засветка и шумовые сиг- .- 5 налы.

По аналогии токи фотоприемников второй матрицы 11 суммируются во втором аналоговом сумматоре 13. Но поскольку вторая матрица 11 покрыта 20 штриховой маской с противофазным расположением штрихов по отношению к первой маске 10, то сигнал с выхода второго сумматора 13 будет пропорционален токам всех фотоприемников , на которые падают световые колебания с пространственной «фазой, сдвинутой на 180 по отношению к световым колебаниям, попадающим на фотоприемники первой матрицы, т.е. 0 фаза для фотоприемников второй матрицы будет соответствовать темным полосам интерференционной картины, ;плюс постоянная засветка и шумы.

5 Сигналы с выходов первого 12 и второго 13 сумматоров вычитаются в аналоговом вычитающем устройстве 14. Б результате сигнал на выходе вычитающего устройства 14 пропорционален удвоенной сумме значений интенсив- ностей светового потока с одинаковой пространственной фазой и имеет минимальный уровень шумовых сигналов и сигнала постоянной засветки, которые

5 в вычитающем устройстве компенсируют друг друга. Фильтр 15 нижних частот препятствует проникновению сигнала с исследуемого СВЧ, поступает в ре-, гистрирующее устройство 16, которое

0 регистрирует и отображает в цифровом виде изменение частоты исследуемого генератора 8.

При изменении частоты сигнала исследуемого генератора 8 будет

изменяться частота акустических колебаний АОД 6 и 7. При этом изменится частота дифрагированного света на выходах АОД 6 и 7 и угол 9 , на ко-(

512

торый они отклоняются при дифракции. Вследствие одновременного изменения частоты света и угла дифракции, а также разной длины оптических путей дифрагированных световых пуч- ков от АОД до плоскости интерференции за счет удлинителя пути 9 изменятся условияf интерференции. В результате интерференционная картина в плоскости матриц фотоприемников 10 и 11 сдвинется. Минимально различимое изменение частоты сигнала исследуемого генератора 8 соответствует сдвигу интерференционной картины на половину ее периода, т.е. смену световых полос на фотоприемниках первой матрицы 10 темными полосами и, соответственно, смену темных полос на фотоприемниках второй матрицы 11 светлыми полосами. При этом сигнал на выходе вычитающего устройства 1А изменится по знаку. (Если изменение частоты исследуемого генератора 8 будет больше, то смена светлых полос интерференционной кар- тины темными, а значит и количество изменений знака сигнала на выходе вычитающего устройства 14 произойдет несколько раз. Регистрирующее устройство 16, регистрируя число изменений знака сигнала на его входе преобразует это число в девиацию частоты сигнала исследуемого генератора и показывает его на экране или табло либо записывает на внешнем носителе.

Таким образом, устройство позволяет путем переноса спектра исследуемого радиосигнала в оптический ди- , апазон измерять изменение частоты i исследуемого генератора относительно номинальной путем регистрации числа смен максимумов и минимумов освещенности в интерференционной картине за какой-то интервал усреднения. Это означает, что измерение нестабильности длины волны исследуемого генератора выполняется с помощью ОКГ, име- .ющего длину волны много меньше дли- ны волны исследуемого генератора.

ВНИИПИ Заказ 4913/43

Пройзв.-полигр., пр-тие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4

51 6

что позволяет существенно повысить точность измерений.

Формула изобретения

Акустооптическое устройство для измерения девиации частоты радиосигнала, содержащее оптический квантовый генератор, оптически связанный через две коллимирующие линзы с расщепителем оптического луча, один из выходов которого оптически связан с первым акустооптическим дефлектором, выход которого оптически связан с фотоприемником, а второй выход расщепителя оптического луча оптически связан с вторым акустооптическим дефлектором, источник исследуемого радиосигнала, подключенный к радиочастотному входу первого акус- тооптического дефлектора, регистрирующее устройство, отличающееся тем, что, с целью повышения точности измерения, источник исследуемого радиосигнала подключен к радиочастотному входу второго акустооптического дефлектора с противоположным первому акустооптичес- кому дефлектору направлением рас- прос ранения акустических волн, причем второй акус тооптический дефлектор оптически связан с фотоприемником через удлинитель оптического пути, фотоприемник выполнен в виде двух компланарных матриц полупроводниковых фотоприемников с нанесенными на них противофазными штриховыми масками, штрихи которых параллельны интерференционным полосам, а период шт)и- хов равен периоду интерференционных полос, выходы первой матрицы фотоприемников подключены к входам первого аналогового суммирующего устройства, выходы второй матрицы фотоприемников подключены к входам второго аналогового суммирующего устройства, выходы обоих аналоговых суммирующих устройств соединены с входами аналогового вычитающего устройства,выход которого через фильтр нижнихчаст подключен к регистрирующему устройств

Тираж 728

Подписное

Изобретение относится к области измерительной техники. Цель изобретения - повьпвение точности измерения девиации при малых индексах модуляции, частоты исследуемого генератора и повьшение точности измерения кратковременной нестабильности частоты исследуемого генератора. СВЧ-сигнал от исследуемого генератора 8 поступает на радиочастотные входы акусто- оптических дефлекторов (АОД) 6 и 7, возбуждая в них акустические волны. В результате взаимодействия световых пучков с акустическими упругими де- формациями АОД 6 и 7 происходит дифракция света на звуке. ДифрагированS СЛ СП СП ел