Акустооптический спектроанализатор импульсных сигналов Советский патент 1986 года по МПК G01R23/16 

Изобретение относится к устройст вам для оптической обработки сигналов и может быть использовано для получения спектра импульсных сигналов. Цель изобретения - увеличение от ношения сигнал/шум, бео увеличения мощности лазера. На чертеже приведена функциаяаль ная схема акустооптического спектро анализатора импульсных сигналов. Устройство содержит лазер 1,, выход которого оптически связан с коллиматором 2, оптически связанны также с линейно-частотно-модулирующей (ЛЧМ) дифракционной решеткой 3, которая связана с оптическим входом многоходового акустооптического модулятора 4 света (АМС), на электри ческий вход которого подается исходны импульсный сигнал. Оптический выход АМС 4 связан с входом интегрирующей ли зы 5, а ее выходы оптически через решетчатые диафрагмы 6 и 7 соединен с фотоприемниками 8 и 9, Входы сумматора 10 электрически связаны с выходами фотоприемников 8 и 9; а его выход - с входом последовательного спектроанализатора 11, вьосод которого является выходом устройства. 30

Акустооптический спектроанализато импульсных сигналов работает следзтощим образом.

Входной импульсный сигнал посту- , пает на вход многоходового.АМС 4, который выполнен следующим образом: на верхней грани сделан срез для установки пьезопреобразователя под углом с 90° - ©6 а на расстоянии b па tR06 (где - число ходов акустической волны в АМС, четное число; О.- поперечный размер АМС) также сделан срез под углом |Ь 180°- ©6 для установки поглотителя. Таким об.разомобеспечивается пилообразная форма распространения акустической волны с переотражением: от нижней и верхней граней АМС. Светово пучок от лазера 1 расширяется коллиматором 2, далее дифрагирует на ЛЧМ-решетке 3, образуя опорные пучки соответствующие (-1) и (+1)-му дифракционным порядкам, а также не дифрагировавшую компоненту. Световой пучок, соответствующий не дифрагировавшей на решетке компоненте, проходит многоходовый АМС, в котором акустическая волна (пространственный

волн в АМС), Разрешаюшую способность решетчатых диафрагм целесообразно выбирать (где Afpa разрешающая способность по частоте пос, ледовательного спектроанализатора).

Поскольку Afpa -

то

дх (F/V)Nfvr,. где Фд - полоса частот;

т время анализа. Ширину щелей d решетчатых диафрагм целесообразно выбирать так, чтобы d kP Jdfp/V Хгде. k 0,1-0,3), а с параметры ЛЧМ-дифракционной решетки

. чтобы Af, V Фа, f Хо V f , так (где д,( и f)( - соответственно перепад пространственных частот и центральная частота ЛЧМ-дифракционной решетки,;. f - центральная частота АМС). Регистрируемь1е фотоприемниками 8 и 9 отсчеты преобразуются в сумму радиоимпульсов, которые поступают на соответствующие входы сумматора 10 и далее на последовательный спектроанализатор 11, формирующий на своем выходе спектр исходного импульсного сигнала. 8 аналог входного сигнала) распространяется от пьезопреобразователя под углом с оптической осью системы tp 90° +85, отражаясь далее от нижней грани под углом с оптической осью системы,, 270° затем аналогично от верхней грани и т.д. и дифрагирует на каждом из отрезков распространения ультразвуковой волны, отклоняясь в направлении соответственно o;jHoro или другого фотоприемника. Затем интегрирующей линзой 5 осуществляется пространственное разделение дифракционных порядков. В области первых порядков устанавливаются решетчатые диафрагмы 6 и 7 и фотоприемники 8 и 9, которые регистрируют отсчеты интерференционной картины, появляющейся в результате взаимодействия преобразованных.линзой 5 сигнального и ЛЧМ-световых пучков. Решетчатые диафрагмы, расположенные симметр:ично относительно оптической оси, выполняются таким образом, чтобы расстояния между отверстиями дх J F/V (где Afp - частотное разрешение; Jv - длина волны света; F - фокусное расстояние интегрирующей линзы; V - скорость распространения ультразвуковых

Использование решетчатых диафрагм на входах фотоприемников и ЛЧМ-дифракционной решетки, которая служит генератором опорных пучков, совместно с многоходовым АМС, позволяет на выходе фотоприемников получить сумму радиоимпульсов, амплитуды которых пропорциональны амплитудам выделенных решетчатой диафрагмой спектральных составляющих. Длительность этих импульсов примерно равна времени нахождения пространственного аналога электрического сигнала в апертуре АМС. Увеличение времени обработки за счет неоднократного прохождения исследуемого импульса в апертуре АМС позволяет использовать узкополосньй перестраиваемьй по частоте фильтр, на основе которого строится последовательный спектроанализатор. Таким образом, полоса тракта последетекторной обработки уменьшается от полосы сигнала в прототипе до разрешения последовательного спектроана- лизатора и, следовательно, отношение сигнал/шум повьш1ается в () раз.

Формула изобретения

Акустооптический спектроанализатор импульсных сигналов, содержащий расположенные на одной опти- . . ческой оси и оптически связанные лазер, коллиматор, акустооптический модулятор света, интегрирующую линзу и первьй фотоприемник, установленный в фокальной плоскости интегрирующей линзы, в области одного из первых дифракционных порядков, перед которым расположена диафрагма, отлич.ающийся тем, что,

с целью увеличения отношения сигнал/шум без увеличения мощности лазера, он содержит линейно-частотно-модулирующую дифракционную решетку, установленную между коллиматором и акустооптическим модулятором света, второй фотоприемник, установленный в фокальной плоскости интегрирующей линзы в области другого дифракционного порядка, при

этом перед каждым фотоприемником установлена решетчатая диафрагма с шагом

.дх аГ/УИФа/Т , . где, Л - длина волны света;

F - фокусное расстояние интегрирующей линзы; V - скорость распространения

звуковых волн в акустооптическом модуляторе света; Фд - полоса частот; Т - время анализа,

сумматор, входы которого соединены с .выводами первого и второго фотоприемников соответственно, а выход подключен к входу последовательного спектроанализатора, выход которого является выходом устройства, а акустооптический модулятор света выполнен многоходовым с пьезопреобразовател м, установленным на модуляторе :,под углом ( 90 -©Бк оптической .оси (где 06 - угол Брегга).