Оптический анализатор спектра Советский патент 1989 года по МПК G02F7/00 

Пя.|

W

СП

:А :о

ч

ISO

пует N кано. :чн, Ш .чичииы ти.. гуткх и с - ных Г1Пряжеин которых кратям обратной нс.мпчине полунплнолог-о напр яже- псрнсм о канала , Пилообратиое Hanpp.fj iHe С Htrxoj ia интегрирующего усмли слл 13 с ам:ши гудой, кратной удвоенному полуполнопому напряжению первого канала, поступает ня ЭОМ 1, Фотоприемники 6 и 7 детектируют вы- ходные излучения анализаторов 5, предстаг ляюпше соОс й квадратурные составлян111ще входного оптического сигнала. Интеграторы 9 и 10 интегрируют эти состаа 1яюш}1е за период дай-

.:niion oro участка пилооГфазного иглряжспий. С помоии ю усилителей 11 и 12 иьицеляются собственно спектральные с-остарляющие и соответствуюпше им 1к1стс янные, по которым спектральные составляюпше приводятся к относительному уровню. Коммутаторы 8 позволяют учесть наклон действующего линейного участка напряжения и знак синусных составляющих, ЭОМ 1 выполнен в виде единой передающей полосковой линии, согласованной с нагрузкой 16 и с ответвлением по ходу оптического излучения. 1 з.п. ф--лы, 3 ил.

Изобретение может быть использовано в системах оптической обработки информации и позволяет повысить скорость анализа спектра. Сущность изобретения заключается в создании режима бегущей волны. Анализатор содержит электрооптический модулятор (ЭОМ) 1, который имеет два оптических входа. Перед одним из них установлена четвертьволновая пластина 4. Каждому оптическому входу соответствует N каналов, величины полуволновых напряжений которых кратны обратной величине полуволнового напряжения первого канала. Пилообразное напряжение с выхода интегрирующего усилителя 15 с амплитудой, кратной удвоенному полуволновому напряжению первого канала, поступает на ЭОМ 1. Фотоприемники 6 и 7 детектируют выходные излучения анализаторов 5, представляющие собой квадратурные составляющие входного оптического сигнала. Интеграторы 9 и 10 интегрируют эти составляющие за период действия линейного участка пилообразного напряжения. С помощью усилителей 11 и 12 выделяются собственно спектральные составляющие и соответствующие им постоянные, по которым спектральные составляющие приводятся к относительному уровню. Коммутаторы 8 позволяют учесть наклон действующего линейного участка напряжения и знак синусных составляющих. ЭОМ 1 выполнен в виде единой передающей полосковой линии, согласованной с нагрузкой 16 и с ответвлением по ходу оптического излучения. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к оптической обработке информации и может быть 11С тользовано в системах оптической локации и связи.

Целью изобретения является повыше- ние скорости анализа спектра.

На фиг,1 приведена функциональная схема устройства; на фиг.2 - электро- оптический модулятор, разрез; на фиг.З - то же, вид сверху.

Оптический анализатор спектра содержит электрооптический модулятор 1 поляризатор 2, светоделитель 3, чет- вертт.волновая пластина 4, анализаторы bj,J,5;,,,.,,bf, Jn4l - N42 2M

первые фотоприемники 6,6,6j,.,,, 6ц . . дополнительные фотопрнемники 7 , 7 , 7, , ... , 7ц , 7ц,, «tz гы коммутаторы 8, ,8,,8, первые интеграторы 9, ,9, . , , ,9 ,9,,9| , , , ,92:14, дополнитель- ные интеграторы 10),102,...10fi(, 10,, 10.,, 10,jM, суммирующие усилители 11, , , . . ., (П IN. ...,11j,дифференциальные усилители

lO f ) 19 19 19

| 1 , Hti N42

, задаь пшй генератор 13, счетный триггер 14, иитегрируюпмй усилитель 15, согласованная нагрузка 16, регистратор 17, электроды 18 передающей линии, электрооптические кристаллы 1 9

В оптическом анализаторе спектра поляризатор 2 оптически связан со светоделителем 3, первый выход светоделителя 3 связан с первым входом электрооптического модулятора 1 не- посредственно, а второй выход - с вторым входом через четвертьволновую пластину 4. Электрооптический модулятор 1 имеет 2N выходов, на 1--м

выходе (,2,3,,,., N,N+1,К+2,..., 2N) установлен анализатор 5 , скрещенный с поляризатором 2. Первый выход анализатора 5 оптически связа с первым фотоприемником 6; и дополнительным фотоприемником 7; , Выход первого фотоприемника Ь соединен с входом первого интегратора 9; , а выход дополнительного фотоприем}1И ка - с нходом дополнительного интегратора 10. Выходы интеграторов 9j и 10; соединены с входами суммирующего 11 и дифференциального 12j усилителей так, что первый выход каждого суммирующего усилителя 11; и инвертирующий вход дифференциального усилителя подключены к выходу первого интегратора 9, , а второй вход суммирующего усилителя 11 и неинвертирующий вход дифференциального усилителя 12 - к выходу дополнительного интегратора 10;, при этом усилители 11; и 12; , соответствующие первым N выходам элект- рооптического модулятора 1, подключены непосредственно, а выходы каждой пары усилителей (суммирующего 11; и дифференциального 12,-), соответствующие К+1 , N+2, 2N выходам электрооптического модулятора, подключены через коммутатор 8 , где ,2,,..,N, при этом выходы первог 9 и дополнительного 10 интегратор соединены с входами коммутатора 8; (i N-t-j), а его выходы соединены с соответствующими входами суммирующего 11. и дифференциального 12; усилителей. Выходы всех суммирующих 11 и дифференциальных 12 усилителей соединены с регистратором 17.

t-,brx(i;i члллккигго i tMUM T opa i i c iH- i - . г нходом СМО1Ц1МЧ1 п/иггеря 1, .:o cf pac:l, i:;o;ir:MH всех илпч грагг. ров 9 II 1(1 и со гтроГ Ир ющим ..-голом ры истратора Г/, к х;-ду счетьс триггера 14 ,) л -чей интегрнруюиц : усилитель 15 и пcpeключaюп J e вхолм коммутат 1рг)н 8. 1,1:(1д иитегрнрукпиегч.. усилителя 15 сослинеи с электрически нхолом эл(лл роогт)1че(:кого молулят 1, а к его злек ; рическому выходу гг.ц к 1ючеиа corjiacop.-unpiK нчгруяк; 16, -Утектрооптичес кий модулятор 1 С( н:то- ит ич перел.акшцм н пг л: сК М оГ1 .т М;;ии ;-1Оя;ЛУ ,ч.ч.- 6 Kirrcp; );j- :::- -: pooiTi т 1-:г- 1Р Ksv4-Taj;jni V ра П Л тл чч-. Э..- ч i .м1ти рг--лг

lajU lii раСП: :il I . i-t i Л1-1 1 . .). НЬК РЯЛЛ III K,;if .. i.lKjF Р KT- flTN

pfiM- , O lpa ,- I p :; цШ г 14 чм:; вы ./л.:, lA., . 1.4 T lpiibi 3J4/)-. v l; i- гичРс;л-1Х : 4f : iS перт-хл- :; -

/; -ЛРКЛ С | .t.-l I- ЛМ 1

, VPrJiH Op 1 , ,l . 1Л),; it L :,I J.

I.IT L ;-;o;; . г i с :; c т i .:, , . - i..-,;i с :;;: p,UvrOHl f- .1 . i т ИЧ : . . i: 111 Ч1Л;1 Я : . I .

чП j( ;:. i; -;- H : : ; oi ; r--i с.1;ол. i..T- o- ,:. ;ji м ,

;Ii , i-M Г1 .i.nji , ,; ;; c:ii . Л .:: ::C L - .11 ;n : и: чес nil г И I M: 1. , : i .. 2 :, j; . - : .. ; .;-, лю:: , Л i, л ; , v i к-., i.,, ;, r.- i : .) к i;,-i: . I -( I л ГЛ :; -iib :; тнч.,:у oct . i/i I ;ji M-.; Л -О л:1.:-, крпс |. ; Л1 : 1 : i 4..iii -r-i : .Tii ;};ici- ii-- 4i i : Г.| . : ,.. ; i i 1;ч- ci-. o - тл :/i j i p,i i . i; ; i ,- ,{,: PI-л ii-iii nv.op-i .

)аЛ ИОПалаС ., :( Т1 Л- ЛИ1 1 Л , J, K. - l Л 1; ( Л чпип II , in/iM u bi:iiiir t . - ;;t:L- )ia O ,ii lit: ч-Л Ь: : 4vua лр.;-;Г|.-- i;t Г ди-а КОЛГЧ; ИИ 1 ;си1Лг: СТИ . ,п . 1;с;1;ала 1 ,:, ;т чл:Ы1; jixo.ri Л I лти itL счого молул. 1Л ра : . f ;rir,: 1 i:i C- :-;|. ЛИТ -л-р Л . р : ; 1ол1;г ую пл- стл- | -1, инпс л --н; 4;u ;1 апитеп;-;.; ,;) .. чп-ЬЫЗ: vH , и ; ,1ИЛЛЯ -т 1;. ; . ..К

с чти 41- екни B/jvi ;л:К ;л ал ич чл-Л 1 о K yляTl p 1. 5 : .уча );г ич-л кс: ri ич,1 уления, В.(Л,: Л: ( п .чл ктро();1тич е,,чИИ МОЛУ- - - РС: Iie.pI-V..IC ТГРЦМ

:)(л гич(.: л,1 х rrpiif a. iv, расJijU CTpa някто т Лч Л/. рклс. . .,иг Трсог:

Т1;чсски ;:рис-.л;лл(;; 19 и в мс:с : л; Ci.iMHiieHMH скоич: ;l;:i-l ; --Tcrii :.- (I j ju TB. iHK- cH : fijioi И1 1 .;л;мо с: ;Х;- ;ц. пс-1)пе) Дикул 1г- о и :чраа-лл1ию рас-- iipcjC rpa нкли.ч . ,. /:смт}л;н ис 0

5

с ;;с ;у слнл 1-- Л ТИче : . ч о I a : лекгро,лах 8 j.i. penaK moii полос ли)-:ии леистнугт напряжение и, посту гмкчнее с интегрирующего усилите.чя i ;;.ч С :л ласГ ранмую :-гагручку 16 черс:; ::лск1 р01 л1тический модулятор 1 , чтс приволит к иоявлеииь фазового сдвига . комио})ентами излучения л элект- 1Г о: тич еском мо;;уляторе 1 всль дствие ; ОТ1еречного электрооптического эффекта, исиользуемого в предлагаемом устройстве.

Известно, что в лек -роот и -л.чл.г М ij,i3ob ;iM молу.аяторе по , ле: .; гви;л- ЛСР ; Ji ft.iN HOrc; Г ОЛЯ ежДУ Kvi tnOHCH- 1г-)И 1 ;;луЧ -Л1Ч ( оГ1ЫКЦП|.е;МЛ1Г И Ч.. сб 111Л1ои- ;11;ог-; / р 311И1-:ает фа м.вьп слвиг 1 амиы1

Г., е) Л+ м5 -г яГ р-,. /а,,

- .ЛИ1; Л K)JИcтaл; a р чл; рав,ч-,. 1|:П1 ( л ргли-М ия опт ического 1Л- 1еиия ;

d - .1;л еречны1; ;) ra/ijia М . лулятора;

п, - ,41 1: ф|Ь11ЦИе}-ты ппепо t

кригта.11:1а л.т:я обыкнпвеннсмм

и И ; о(1ык.;ояен ог / --jcii; -- ajn-;;- i т С Лчы пги Л .сг.-о т;-

л : ; f и I я ; : ,.., - i-i- ic ктрО Ы п:ч/: кис )ieH

ы :pifCTa;L-ia .

.e i;iie (л,-- а.;мос описывает фачовун J ::ер ,г;ку. Hb;:.i а ю{ук-| ( /л ес и.. М ;-,. л-чt.лIpl.,,-м . -лшс.галла , кото

pi;; по Ч.ВИ1-.;Т ОТ Ири;: ( И О Г 1 аПрЯ} . -л ч и может бьп ь cкo rneиcil-л цaнa и:- ; - с ; }1ы и мето;ии;и, I O:этo y с .ча в ; )Л .)и nj ie : не упг.л. вается . I rrcipoe ла1а1Мч;е огл еделяс i фаи, .- ЦП,: ;;:,уц мо;;улят(.фом, которая про- ::. J LijiOHa. ibJia мгнo}-;e - нo iy налря сению -:а Li O элект-ричегком входе Li, Всл1Д i . Hni. , что электро.ль, S 11- редакг I 1Л. ллпии я.члл;ются odi rjiM д:1я всех :слктрооптт:-:ескнх кристаллов 19, а та ь :ч,л: .-„и-ектрооптических кри- ст.лиЮБ 19 п;- налравлепи)-- распростра- неяля оптического из. 1уч е|-:и.я рльн/, то фазовый сдлиг, внocи ЫЙ :а-;рктро- олт 1-ческим ья дулятором 1, i- a каком- :л()О вькоде будет зависеть от -числа 1;и ктрс опт г-1еских кристаллов 1 , пройденных оптическим излучс.чием до этого выхода, т.е. определяеться liCMi pON; выхода электрО1чл гически1 о 1о;;улятора 1. При этом на i-м }1ьгходе э.лектрооптического f- одулятора 1 будут одинаковые фазовь;е сдвиги, кратные

азор.1му сдвиг-у на первом или (N+1)-M ыходе

Т Г i W , Ml

де Г - фазовый сдвиг на первом выходе.

Полунолновое напряжение на первом ли (K-t-l)-M выходе электрооптическо- го модулятора 1 будет равно

и, A(d/l,)(,,,), где 1 - длина одного электроопти- ческого кристалла 19,

Вследствие того, что фазовые сдвиги на выходах электрооптического модулятора 1 кратны фазовому сдвигу на его первом выходе, полуволновые напряжения для выходов обратно кратны полуволновому напряжению для первого выхода. Так, для i-ro выхода полуволновые напряжения будут равны и .

С каждого i-ro выхода электрооп- тического модулятора 1 сигнал поступает на анализатор 5 . Каждый анали- затор 5 имеет два выхода: на первом выделяется сигнал, поляризованный ортогонально входящему в электрооп- тический модулятор 1, а на втором - имеющий такую же поляризацию, что и входящий. Первая группа N анализаторов 5; соответствует первому оптическому входу электрооптического модулятора 1, и характеристика пропускания на первом выходе соответствующего анализатора первой группы 5; будет выглядеть как

R,,5 l-cos(iru,,/u;)0,5 l-cos(7-i , где напряжение, прилагаемое к электрооптическому модулятору 1, а на втором выходе i-го анализатора 5

R,,j 0,5 l-t-cos(7. i-ид,/и) .

Вторая группа анализаторов 5; (,.,.,2N) соответствует второму входу электрооптического модулятора 1, а так как перед этим входом установлена четвертьволновая пластина 4, вносящая предварительный (зовый сдвиг 90 между компонентами излучения, то характеристика пропускания на первом выходе i-ro анализатора второй группы

R;, o,(ir.i и„/и),

а на втором выходе i-ro анализатора 5 К,; 0,5 l-sin(ir i-U /U.) . Задающий генератор 13 вырабатьшает последовательность коротких импульсов периода Т, которые переключают счетный триггер 14. На выходе счетно-

0

5

0

5

0

5

0

5

го три1гера 14 появляется двуполярный меандр. Напряжение с выхода счетного триггера поступает на вход интегрирующего усилителя 15, В результате на выходе интегрирующего усилителя 15 льфабатывается пилообразное напряжение периода 2Т, Постоянная времени и коэффшщент усиления интегрирующего усилителя 15 подбираются таким образом, чтобы максимальное значение выходного напряжения интегрирующего усилителя 15 было кратно удвоенному значению полуволнового напряжения, соответствующего первому выходу электрооптического модулятора 1, ммакс 2U/, где ,2... .

Пилообразное напряжение с выхода интегрирующего усилителя 15 поступает на электрический вход электрооптичес- кого модулятора 1 и через электроды 18 передающей полосковой линии на согласованную нагрузку 16, Электрооптический модулятор 1 работает в режиме бегущей волны. Это позволяет уменьшить входную емкость электрооптического модулятора 1 и обеспечить равномерную частотную характеристику в щироком диапазоне частот, а также устранить эффекты, связанные с конечной скоростью растекания заряда по плоскостям электродов.

Между пиками пилообразное напряжение является линейной функцией времени, возрастающей или убывающей. Если рассмотреть пилообразное напряжение за один период, равный 2Т, то в промежутке времени от О до Т оно возрастает от О до 2nU j-, а в промежутке времени от Т до 2Т убьшает от 2nU- до 0. (

Вследствие воздействия линейно

возрастающего напряжения вида на промежутке времени от О до Т функции пропускания на выходах анализаторов 5 будут представлять гармонические квадратурные функции, частота которых будет определяться номером соответствующего анализатора 5, Для первой группы N анализаторов 5; функция пропускания на первом выходе i-ro анализатора 5 будет иметь вид (,2N)

f;,i (t)0,5 l-cos(7.i 2-n U t/T X X U|) 0,5 l-cos (), где 0)0-2 n if/T,

a на втором выходе этого анализатора 5

f.;,; (t)0,5 l-t-cos(i-(0o t) .

Для второй группы N анализаторов 5|, соответствуюпЕИх второму ряду электрооптических кристаллов 19, функция пропускания на первом выходе i-ro анализатора 5; (,...,2N) будет

f,; (t)0,5 l-sin(i-Q(,-t), а на втором выходе

f,; (t)0, + sin(i СО, t) .

Если на вход оптического анализатора спектра поступает оптический сигнал, то, проходя через поляризатор 2, светоделитель 3, четверть- волновую пластину 4, электрооптичес- кий модулятор 1 и анализатор 5;, он с первых выходов анализаторов 5; попадает на первые фотоприемники & , а с вторьк выходов - на дополнительные фотоприемники 7; . Первые 6; и дополнительные фотоприемники детектируют входной сигнал, умноженный на соответствующие гармонические квадратурные функции. На выходах первых фотоприемников 6; и дополнительных фотоприемников 7 (,2, .,.,Ы) выходные электрические сигналы в этот промежуток времени опишутся следукяцим образом: для i-ro первого фотоприемника 6;

Iф..)I(t).0,5 1-cos(iCOot), для i-ro дополнительного фотоприемника 1

1ф,; (t)I(t). 0,5 Ucos(i.G35. t) .

На выходах же первых фотоприемни- ков 6; и дополнительных фотоприемников 7; (для ,N+2,...,2N) соотжение с выхода счетного триггера которое управляет коммутацией так, что сигнал, поступающий на первый

ветственно: для первого фотоприемника 6

Ia,;,;(t)I (t) 0,5 l+sin(i-G)o о, .„ ,. а для i-ro дополнительного фотоприем- ервьш вьгход, а сигнал, поступающий

ника 7

вход коммутатора 8:, проходит на ег

( t)l Сигналы с выходов первых 6 и

на второй вход, - на второй выход.

Таким образом в промежутке време от О до Т через коммутатор 8/ к вьг- ходу каждого первого интегратора 9j

дополнительных 7- фотоприемников пос- 45 (из вторых N) оказываются подключен- тупают на входы соответствующих первых 9 и дополнительных 10; интеграторов. Первые 9; и дополнительные 10- интеграторы интегрируют эти сигналы начиная с момента времени и до момента времени , так как в эти моменты на сбрасывающие входы интеграторов 9; и 10 подаются импульсы с задающего генератора 13, обнуляющие интеграторы 9 и 10-. Начиная с нулевого момента времени, на выходах первых N первых интеграторов 9j и первых N дополнительных интеграторов 10j выходные сигналы

ными первый вход суммирующего усилителя 11; и неинвертирующий вход дифференциального усилителя 12., а к выходу каждого дополнительного интег50 ратора 10, - второй вход суммирующего усилителя 11j и инвертирующий вход дифференциального усилителя 12;.

Суммирующие 11- и дифференциальные 12j усилители выполняют функции сло55 жения и вычитания с сигналами, поступающими на их входы, поэтому сигналы на их выходах опишутся как на выходе i-ro и (N-«-1)-ro дифференциального усилителя 12 (i«1,2,...,N) соответ0

5

будут пропорциональны: для i-ro (,2,...,N) первого интегратора 9

Pu,; 0 Mio t)t-o.(t) X

оо

X cos(i-co. t)dt,

где О t Т,

а для i-ro дополнительного интегратора 10

tt

)(t

о°

X cosCi-cOp- t)dt.

На выходах же вторых N первых интеграторов 9 и вторых N дополнительных интеграторов 10; для i-ro (i N+1, N+2,...,2N) первого интегратора 9

-tt

P,,0,5jlo(t)dc-t-0,5|l(t)sin(i.G).t)x

, о X dt,

a для i-ro дополнительного интегратора 10;

P,; 0,5JI/t)dt-0,5fl(t) X

0О

X sin(i .y, t)dt.

К выходам первых N первых интеграторов 9I и первых N дополнительных интеграторов lOj подключены входы первых N суммирующих усилителей и входы первых N дифференциальных усилителей 12,

На переключающие входы коммутато- 5 ров 8 подается положительное напря1А,

0

5

0

жение с выхода счетного триггера которое управляет коммутацией так, что сигнал, поступающий на первый

,. ервьш вьгход, а сигнал, поступающий

вход коммутатора 8:, проходит на его

,. ервьш вьгход, а сигнал, поступающий

на второй вход, - на второй выход.

Таким образом в промежутке времени от О до Т через коммутатор 8/ к вьг- ходу каждого первого интегратора 9j

(из вторых N) оказываются подключен-

45 (из вторых N) оказываются подключен-

ными первый вход суммирующего усилителя 11; и неинвертирующий вход дифференциального усилителя 12., а к выходу каждого дополнительного интег50 ратора 10, - второй вход суммирующего усилителя 11j и инвертирующий вход дифференциального усилителя 12;.

Суммирующие 11- и дифференциальные 12j усилители выполняют функции сло55 жения и вычитания с сигналами, поступающими на их входы, поэтому сигналы на их выходах опишутся как на выходе i-ro и (N-«-1)-ro дифференциального усилителя 12 (i«1,2,...,N) соответ11

ствуюпше выходные сигналы в этот промежуток времени t

Ug,|lo(t)cos(i.COo- t)dt; ,2,...,N

о i

и

g. l(t)sin(i.cJo t)dt; ,N+2, . 0 . .

...,2H, где t - текущее время ().

Ha выходах же с,оответствующих нм суммирующих усилителей будут выходны сигналы i

U fl(t)dt, i-1,2N;

О

Uj. (t)dt; ,N+2,...,2N.

0

В момент времени Т на интеграторы 9 и 10j поступает сбрасывающий импульс с выхода задающего генератора, этим же импульсом опрокидывается счетный триггер 14 и напряжение на выходе интегрирующего усилителя 15 начинает линейно убывать со скоростью, равной скорости его возрастания на предыдущем промежутке времени .К моменту Т на выходе интегрирующего усилителя 15 будет напряжение 2nU, тогда сигналы на выходах первого rfR- тегратора 9j в промежуток времени от Т до 2Т, когда поступит следующий импульс задающего генератора 13, будут описаны как

t

PUIN., ( lt-0.5JI,(t) X

io°

xsin(i-a}ot)dt; ,N+2,... ,2N, где t Т,

на вькоде же дополнительного интегратора 10;

t V

Pu9N.,(t).5|l,(t) X

k to

xsind-cOo t)dt; ,N+2 ,. .. ,2N. Ha этом промежутке времени на переключающие входы коммутаторов 8j будет действовать отрицательное напряжение с выхода счетного триггера 14, которое управляет коммутацией так, что сигналы, поступающие на первый вход коммутатора 8, с первого интегратора 9; поступают на второй выход коммутатора 8J и далее на второй вход соответствующего сумми

рующего усилителя 11;и инвертируюшлй 55 нием полосковой линии и в данном

вход дифференциального усилителя 12, а сигналы, поступающие на второй вход коммутатора 8, проходят на первый выход коммутатора 8 и далее на

исполнении равна 5,0 мм. Нижний э трод выполнен в виде массивного о нования, которое выполняет одновр менно роль термостабилизации и кр

3037 2

первый вход суммирующего усилителя 11. и неинвертируюпц1Й вход дифференциального усилителя 12.

В течение этого промежутка времени на выходе дифференциального усилителя 12; будет сигнал

i Ug.jl(t)sin(i-(0o t)dt; ,

N+2,.,.,2N,

a на выходе суммирующего усилителя 11

10

-I

I (t)dt; ,,...,2N.

По истечении этого промежутка времени в момент времени 2Т интеграторы 9; и 10| сбрасываются, опрокидывается счетный триггер 14 и напряжение на выходе интегрирующего усилителя 15 опять начинает линейно возрастать. Дальнейшая работа повторяется аналогично описанной с момента времени 0.

Выходные напряжения суммирующих и дифференциальных усилителей 11; и 12J подаются на входы регистратора 17 и в моменты времени О, Т, 2Т ... стробируются импульсами задающего генератора 13 и регистрируются. Выходные сигналы дифференциальных усилителей 12 в эти моменты времени представляют собой синусные (для вторых N усилителей) и косинусные (для первых N усилителей) спектральные составляющие входного оптического сигнала за промежуток времени Т, предшествующий моменту стробирования. Пример, Электрооптический модулятор 1 для оптического анализатора

спектра разработан на базе модулятора бегущей волны ШЭОМ-8, Выполнен в виде несимметричной полосковой передающей линии с волновым сопротивлением 50 Ом. Между электродами передающей полосковой линии в модуляторе размещены два ряда электрооптических кристаллов танталата лития 5,0115,0 х40,0 VIM соответственно по осям кристалла X, Y, -Z по 4 шт. в каждом ряду.

Электроды 18 выполнены из латуни. Верхний электрод вьтолнен в виде длинного полоскового проводника толщиной 1 мм, ширина проводника определяется заданным волновым сопротивлением полосковой линии и в данном

исполнении равна 5,0 мм. Нижний электрод выполнен в виде массивного основания, которое выполняет одновременно роль термостабилизации и креп

1315

ления основных элементов анализатора В качестве поляризатора 2 и анализаторов 5 применены призмы Глана размерами 10 X 10 X 10 мм. Светоделитель 3 блок из двух зеркал размерами 5x5 мм. Первое зеркало полупрозрачная кварцевая пластина с коэффициентом деления 1:2, второе - глухое Четвертьволновая пластина 4 выполнена из кварца на длину волны на из кварца на длину волны 0,6328 мкм. Фотоприемники 6; и 7; - промышленные фотодиоды типа ФД-21КП, Коммутаторы 8: выполнены на полевых транзисторах типа КП 103М. Интеграто 9j и 10j собраны на микросхемах К554УД1 со сбрасывающими элементами транзисторами КПЗОЗЕ, Суммирутоаще усилители усилители

llj и дифференциальные 12 выполнены на микросх мах К140УД8Б. Задающий генератор 13 несимметричный мультивибратор на транзисторах КТ3107Л. Счетный триггер 14 выполнен на микросхемах К140УД6. Интегрирующий усилитель 15 собран на микросхеме К544УД1 с линейным усилителем на тра;)зисторах КТ704А. Согласованная нагрузка 16 коаксиального типа НС-50. В качестве регистратора 17 использован стробоскопический осциллограф С7-17,

Анализировались оптические импульсы длительностью около 20 мкс, формируемые из непрерывного оптического излучения лазера ЛГ-38 электрооптическим модулятором с полуволновым напряжением порядка 160 В и генератором Г5-54, запускаемым импульсами задающего генератора 13. Форма оптических импульсов контролировалась отдельным фотоприемником и осциллографом. Задающий генератор вырабатывал последовательность импульсов амплитудой порядка 10 В, частото 20 кГц, счетный триггер 14 вырабатывал меандр 22 В, интегрирующий усилитель формировал пилообразное напряжение около 160 В. На выходах остальны блоков амплитуда сигналов не превышала 3 В. Частота работы устройства соответствовала частоте работы задаю шего генератора 13. Регистрировались импульсы формы, близкой к прямоугольной. Спектральные составляющие определялись на частотах 20,40,60,80 кГц Суммарная погрешность по сравнению с расчетным спектром составила около 16%. Для питания маломощных блоков

14

0

5

0

использовались четыре лабораторных источника типа ТЭС-23. Для питания выходного каскада интегрирующего усилителя 15 использовался стабилизированный источник питания i 100 В компенсационного типа с нестабильностью 5%, мощностью около 500 Вт, Для обеспечения одной и той же спектральной полосы, т.е. наличия на выходе устройства четырех частотных гармоник, в известном устройстве необходимо иметь четыре канала, параллельно расположенных относительно задающего генератора, со следующими размерами, см: 16, 12, 8, 4. При этом общая емкость такого модулятора равна сумме емкостей каждого канала, она в основном и определяет быстродействие. Далее погонная емкость, т.е. емкость на единицу длины,для кристаллов танталата лития для 50-омной линии составляет величину около 3 пФ/см. Легко показать, что в этом

5 случае быстродействие устройства не будет превышать

4 i

А f 7КС- 3:ТГ50-3 40 5 10 Гц 5 - 50 МГц,

0 в то же время в предлагаемом устройстве емкость не ограничивает быстродействие, а ограничения, присущие устройствам бегущей волны, имеют г ораздо более высокие пределы, Рас5 смотрим их для конкретного случая. Так, на длине 16 см при рассогласо-

Vc вании скоростей порядка гг 2 полу /мчим верхний частотный предел, равный

42С

10

8

л. Jii;

l-HCn -nc) 0,16-3,14(4-2,17) е: 4,2-10 420 мГц,

Таким образом, предлагаемое устойство более, чем в 5 раз, увеличивает быстродействие спектрального анализа, а также характеризуется расширенными функциональными возможностями, так как для вьпшсления sin и cos составляющих не требует дополнительных средств.

Формула изобретения

1,Оптический анализатор спектра, состоящий из последовательно установленных, оптически связанных поляризатора и светоделителя, электрооптического модулятора, на каждом из 2N

1

Di)ixojion которого установлен ;л али за-- т(ф, первый вмхол которого соелннен с соответствуклцим первым фотоприемии ком, выход которого соединен с сос Т- ветствутощим первым интегратором, а также задающего генератора, регистратора и четвертьволновой пластины, отличающийся тем, что, с целью повышения скорости анализа, в него введено 2N дополнительных топриемников и последовательно соединенных с ними дополнительных интегрэ - торов, 2К суммирующих и 2N дифференциальных усилителей, N коммутаторов, а также счетный триггер, интегрирующий усилитель и согласованная нагрузка, причем дополнительные фотоприемники оптически связаны с вторыми

выходами соответствующих анализаторов, каждьш из интеграторов, соответ ствуюп1их первым N выходам электрооп- тического модулятора, связан с суммирующим и дифференциальным усилителями так, что выход первого интегра- тора соединен с первым входом суммирующего и с инвертирующим входом дифференциального усилителей, выход дополнительного интегратора соединен с вторым входом суммирующего и с не- инвертирующим входом дифференциального усилителей, а каждая пара интеграторов, первого и дополнительного, соответствующая вторым N выходам электрооптического модулятора, соединена с суммирующим и дифференциаль ным усилителями через соответствующий коммутатор так, что выходы пер-- вого и дополнительного интеграторов соединены с входами коммутатора.

первый выход коммутатора соединен

Q

0

5

0

7i

с первым ихолом суммирующего и с не-- inmepTHpytbiiuiM входом дифференгхиаль- ного усилителей, второй выход коммутатора - с вторым входом суммирующего и с инвертирующим входом дифференциального усилителей, выходы всех усилителей соединены с регистратором, выход задающего генератора связан с входом счетного триггера, со сбра- сывающи ш входами интеграторов и со стробируюпшм входом регистратора, к выходу счетного триггера подключены интегрирующий усилитель и переключающие входы коммутаторов, выход интегрирующего усилителя соединен с элект-- рическим входом электрооптического модулятора, к электрическому выходу которого подключена согласованная нагрузка, при этом один из выходов светоделителя оптически снязяп с первым входом электрооптичегкого мо-- дулятора непосредственно, а второй - с вторым входом через четвертьволнс -- вую пластину.

///////////////////////////77.

F

1

///////Л

L

оо x : VчXЧ1

19

13

J.

f.J