Оптический спектроанализатор Советский патент 1989 года по МПК G01R23/17 

5

f3

//

I

12

Г

СП

о а со

Изобретение относится к области оптической обработки информации. Цель изобретения - увеличение отношения сигнал/шум на выходе спектроанализатора. Спектроанализатор содержит двухполупериодный выпрямитель 1, блок 2 управления, источник 3 света, анализатор 4 полярности, коллиматор 5, акустооптические модуляторы 6 и 7, генератор 8 опорного сигнала, сферические линзы 9,10 диафрагму 11, оптический фазовый модулятор 12, фотоприемник 13. Данный спектроанализатор позволяет увеличить отношение сигнал/шум за счет инвертирования отрицательных частей сигнала, спектрального анализа положительных и инвертированных отрицательных частей сигнала с изменением на φ фазы одного из интерферирующих пучков во время анализа отрицательных частей сигнала и последовательного накопления энергии света на фотоприемнике. 1 ил.

Изобретение относится к оптической обработке информации и гюжот быть использовано в задачах, связ:ш ных со спектральным анализом сигналов в реальном масштабе времени,

Цель изобретения - увеличение соотно11 ения сигнал/ггум на выходе спектроанаЛИЗагора.

На чертеже показана функциональная схема спектроанализатора,

Спектроаналкзатор содержит двух полупериодный выпрямитель 1, электрически связанный с блоком 2 управления, выход которого элект П ческ11 связан с источником 3 света. Входы двухполупериодного выпрямителя 1 и анализатора 4 полярности параллельно соединены с входом спектроанализатора. Источник 3 света оптически связан через коллиматор 5 с оптическим входом двух встречно включенных аку тооптических модуляторов (АПМ) 6 и 7, На электрические входы которых

подается электрический сигнал от генератора опорного сигнала 8, Оптический выход двух встречно включенных АОМ 6 и 7 оптически связан с системой переноса изображения из сферических линз 9 и 10 с диафрагмой П, поме- щенной между линзами в областм нулевого дифракционного порядка, В области одного из первых дифракционных порядков установлен оптически связанный с системой переноса изображения оп- 35 тический фазовый модулятор 12, электрический вход которого соединен с выходом анализатора 4 полярности, . Система переноса изображения оптив области +1 дифракционного порядка ЛОМ 7, где - скорость сканирования светового пятна; х - коорди- 25 ната в фокальной плоскости riepBoii

сферической линзы 9; х - начальное положение сканирующего снетово- го пятна, определяемое начальной частотой ЯЧМ сигнала, создаваемого генератором опорного сигнала 8,

сигнал можно записать так: 2

a(t) сонСсО t + -) ,

где LOp - начальная частота JFIM сигна ла:

М - коэффициент пропорциональности, характеризующий скорость изменения частоты, базовый модулятор 12, номсщенньш чески связана с входом фотоприемника 40 например, в область +Г дифракцион- 13, злектр}гче :кий выход которого сое- ди)шн с спектроанализатора.

ного Порядка АОМ 6 и управляемый анализатором 4 полярности в интервал времени, в котором сигнал ,(t) , создает фазовый сдвиг, в результате чего распределение света Б области +1 дифракционного порядка равно

Спектроанализатор работает следующим образом.

Входной сигнал U(t:) преобрг1зуется двухполупериодньп-- выпрямителем 1 в однсполярный сигнал jU(t)| , состоящий из положительных U (t)и инвер- тированных отрицательных U (t) частей сигнала U(t),

Таким образом, на блок 2 управле- Вторая сферическая линза 10 соз ния источником 3 света поступает ,, g плоскости фотоприемника 13 однополярный сигнал HKt) U (t) + + и (t), модулирующий по интенсивности излучение источники 3 света I(t)- ru(t)l, которое согласуется

амплитудно-фазовые распределения света, в результате интегрирования

которых во времени на выходе dii го- приемнргка 13 Нормируется сигнал, и

с оптическими входами ЛОМ 6 и 7 кол- ли ггором 5,

В плоскости фокусировки сканг}рую- 1ИИХ свеювых пятен АОМ 6 и 7, которая при незначительной скорости изменения частоты в линейно-частотно- модулированном (J№I) сигнале генератора 8 совпадает с фокальной плос- костью первой сферической линзы 9, с кгтовое распределение в области первых дифракционных порядков, OT-I фил,трояанных диафрагмой 1 1 , можно упрощенно записать

(x,t) -jMi(t))

n области -t-1 диг )рак1:ионного порядка ЛОМ 6 и

т (х,Г) (й)15 ()

в области +1 дифракционного порядка ЛОМ 7, где - скорость сканирования светового пятна; х - коорди- ната в фокальной плоскости riepBoii

сферической линзы 9; х - начальное положение сканирующего снетово- го пятна, определяемое начальной частотой ЯЧМ сигнала, создаваемого генератором опорного сигнала 8,

сигнал можно записать так: 2

a(t) сонСсО t + -) ,

где LOp - начальная частота JFIM сигнала:

М - коэффициент пропорциональности, характеризующий скорость изменения частоты, базовый модулятор 12, номсщенньш например, в область +Г дифракцион-

ного Порядка АОМ 6 и управляемый анализатором 4 полярности в интервал времени, в котором сигнал ,(t) , создает фазовый сдвиг, в результате чего распределение света Б области +1 дифракционного порядка равно

т(х,1:) (t)JS(,t+xJe при U(t:) 0;

г дг; ( (t)

О при U(t) & О,

Вторая сферическая линза 10 соз ,, g плоскости фотоприемника 13

амплитудно-фазовые распределения света, в результате интегрирования

Вторая сферическая линза 10 соз ,, g плоскости фотоприемника 13

которых во времени на выходе dii го- приемнргка 13 Нормируется сигнал, информацион {ая составляющая которого с четом значений функции Lp(t) записывается в следующем виде:

Тг,

Не (е-. j () О

- U-(t))

I U(t)e-j2« V,t Д t -J

I 0J

rs(2Q,V) Re |s(2cO,V,) R() . cos 2co;x - (2uK(.)j,

где() - флчопый гпектр,

Яаряд. какоплепный фотоприемии- ком при анализе смгнала U(t)пропорционален функции TO

Q- j |u( |s(2fj,Vp )| со,(,), э

+9(20, vj .

IlepBi ii i чл -пт определяет nof тоянную составл5-л лиуьт заряда, а огибающая второго - амп литудный спектр входного сигнала II (t).

Таким образом, постоянная спстар- ляющая заряда п предлагаемом спектро аналичлтор определяется как

Тс, Q j iU(t), dt,

а е д.,„р

j max u(t)/ dt

max|u(t) Та, как в из1 естпом. Так как а7п

J (U(t)f dt 6 I max |u(t;)|dt,

оо

для сигналов с пик-фактором больше единицы всегда выполняется знак неравенства, то уровень постоянной составляющей заряда,накопленного фотоприемником в предложенном спект роанализаторе, меиы-че, чем в известном, С учетом вида реальной светосигнальной характеристики фотоприемника, н качестве которого ис- по;.ьзуются приборы с зарядовой связь (П .С) , соотношение сигмал/шум на выходе предлагаемого спектроанализатор п-аче, чем известного. В последнем соотноиение сиг нал/щум завттсит от

где Т - время анализа, равное времени накопления фотоприемника 13; Wy- пространственная частота.

TaKifM образом, соответствующее информационной составляющей пространственное распределение заряда, накап- лингемого фотоприемником 13, пропор- цт онально

,)(2G:KV,)

пик-фактора анализируемых сигналов (падает с ростом пик-фактора), Чис- лонные расчеты по формулам для Q и QQ показывают, что увеличение соотношения сигнал/пум составляет вели- чнпу порядка 12 дБ (в качестве модели сигнала используется полигармонический сигнал со случайными начальными фазами, расположенньтми на интервале 2 и ).

Таким образом, предлагаемый спект- роанализатор позволяет увеличить со- отнощение сигнал/шу -1 по сравнению с известным за счет инвертирования отрицательных частей сигнала, спектрального анализа положительных и инвертированных отрицательных частей сигнала с изменением на iT фазы одного из интерферирующих .пучков во время анализа отрицательных частей сигнала и последовательного накопления энергии света на фотоприемнике.

ъ

ормула изобретения

Оптический спектроанализатор, содержащий последовательно расположенные на одной оптической оси и оптически связанные источник света, коллиматор, два встречно включенных акустооптических модулятора света, первую и вторую сферические линзы с диафрагмой, установленной между ними в области нулевого дифракционного порядка, и фотоприемник, выход которого соединен с выходом спектроанализатора, а также генератор опорного сигнала, электрически соединенный с электрическими входами обо715063778

их акустооптических модуляторов, иного выпрямителя электрически спязан

блок управления источником спета,с входом блока управления, вход

при этом источник света электричес -двухполупериодного выпрямителя и

ки связан с выходом блока управления,вход анализатора полярности паралотли чающийся тем, что,дельно подключены к входу спектрос целью увеличения соотношенияанализатора, а выход анализатора

сигнал/шум, введены двухполупериод-полярности электрически соедине1г с

пьп выпрямитель, анализатор поляр-опт1гческим фазовым модулятором, усности и оптический фазовьп модуля- Qтановле1П1ым в области одного из пертор, при этом выход двухполупериод-вых дифракционньгх порядков.