Волоконно-оптическое диаграммообразующее устройство Советский патент 1991 года по МПК G02B27/04 H01Q3/00 

(21)4697329/10

(22)01.06.89

(46) 07.05.91. Бюл. V 17

(71)Московский авиационный институт им. Серго Орджоникидзе

(72)Е.Н.Воронин

(53)535.8(088,8)

(56)Воскресенский Д„И., Гринев А.Ю0, Воронин Е„Н0 Радиооптические антенные решетки. - М.: Радио и связь, 1986, с„ 240, рис, 8,3„

(54)ВОЛОКОННО-ОПТИЧЕСКОЕ ДИАГРАММО- ОБРАЗУЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО

(57)Изобретение относится к акусто- оптоэлектронике и может быть использовано в системах формирования изображений микроволновых объектов Цель изобретения - повышение точности диаграммоформирования при наличии фазовых неоднородностей в оптоэлектрон- ных трактах приемоусилительных элементов. Устройство содержит решетку 1 приемоусилительных элементов 2, фазовые модуляторы 3 света, делитель 4, лазер 5, жгут 6 оптических волокон 7, когерентно-оптический процессор 8, светоделитель 9 (полупрозрачное зеркало), первый многоканальный фотоприемник 10, опорное волокно 11, изображающую систему 12 на собирающей линзе, второй многоканальный фотоприемник 13, фильтры 14 низкой частоты, базовые детекторы 15 на смесителях 16 и фильтрах 17 низкой частоты, гетеродин 18 низкой частоты, 1 ил.

i /

-ч

у

4ь 1

Ј СО

mr a

10

20

31647497

Изобретение относится к акуето- оптоэлектронике и может быть использовано в системах формирования изображений микроволновых источников.

Целью изобретения является повышение точности диаграммоформирования при наличии фазовых неоднородностей в оптоэлектронных трактах приемоуси- лительных элементов.

На чертеже изображена оптоэлек- трониая схема волоконно-оптического диаграммообразующего устройства.

Устройство содержит решетку 1 (например, линейную) из М приемоусили- тельных элементов 2, подключенных к управляющим электродам М фазовых модуляторов 3 светаt К оптическим входам последних подключены М выходов делителя 4 в отношении 1:(М+1), который установлен на выходе лазера 5С Оптически выходы фазовых модуляторов 3 света подсоединены к М входам жгута 6 оптических волокон 7, оптические выходы которых геометрически подобны решетке 1 и установлены на оптическом входе когерентно-оптического процессора 8, который в данном случае представляет собой фуръе- процессор на основе собирающей линзы На первом оптическом выходе светоделителя 9 (полупрозрачного зеркала, установленного под углом 45 к 1 оптической оси) установлен первый многоканальный фотоприемник 10, При этом на втором оптическом входе светоделителя 9 установен выход оптического волокна 11, подсоединенного к (М+1)-му выходу делителя 4. На втором оптическом выходе светоделителя 9 (на оптической оси когерентно-оптического процессора 8) установлена изображающая система 12 (на основе собирающих линз5 софокусных линзам

25

30

35

40

4

чя

ющим электродам соответствующих фазовых модуляторов 3 света.

Устройство работает следующим образом

Сигналы, принятые решеткой 1 из М приемоусилительных элементов 2, управляют фазовыми модуляторами 3 светас В результате этого проходящие через них световые пучки, которые сформированы лазером 5 и делителем 4, модулируются по фазе и направляются жгутом 6 оптических волокон 7 на вход когерентно-оптического процессора 8. Если тракты приемоусилительных элементов 2, а также указанные волокна 7 имеют одинаковую оптическую длину I/ft или отличаются одни от других на целое число п длин света Д в волокне (причем п не превышает длины когерентности лазера 5), то выходы оптических волокон 7 формируют уменьшенную оптическую модель принимаемого радиоизлучения (геометрически подобную и когерентную). В частности, если решетка 1 прямолинейна и эквидистантна, то также должны быть прямолинейными и эквидистантными выходы волокон 7,. В-этом случае когерентно- оптический процессор 8 представляет собой фурье-процессор на основе собирающей линзы, передняя фокальная плоскость которой совмещена с выходами волокон 7, а задняя (повернутая на 45 полупрозрачным зеркалом 9) - с первым многоканальным фотоприемником 10„ В результате Фурье-преобразования полученной оптической модели на апертуре многоканального фотоприемника 10 формируется оптическое изображение углового спектра источников радиоизлучения.

Однако в силу неидентичности электрических длин трактов элементов 2

когерентно-оптического процессора 8), н оптических длин волокон 7 на выходах

которая формирует в плоскости второго многоканального фотоприемника 13 изображения оптических выходов волокон 7 с М выходов многоканального фотоприемника 13 подключены к М фильтрам 14 низкой частоты, которые подключены к М фазовым детекторам 15 на основе смесителей 16 и фильтров

17низкой частоты. К вторым входам смесителей 16 подключен гетеродин

18низкой частоты, который Также подключен к одноканальному фазовому модулятору 3 света о Выходы фильтров 14 низкой частоты подключены к управля50

55

последних световое распределение реализуется с существенными Фазовыми ошибками (оптическая модель не когерентна принимаемым радиосигналам)„ Поэтому оптическое изображение углового спектра восстанавливается с плохим качеством (если вообще восстанавливается) .

Для адаптивного устранения возникающих фазовых погрешностей в устройстве предусмотрена интерферометричес- кая схема их компенсации на базе элементов 11-180 Схема включает изображающую систему 12 из софокусных со0

0

497

5

0

5

0

4

чя

ющим электродам соответствующих фазовых модуляторов 3 света.

Устройство работает следующим образом

Сигналы, принятые решеткой 1 из М приемоусилительных элементов 2, управляют фазовыми модуляторами 3 светас В результате этого проходящие через них световые пучки, которые сформированы лазером 5 и делителем 4, модулируются по фазе и направляются жгутом 6 оптических волокон 7 на вход когерентно-оптического процессора 8. Если тракты приемоусилительных элементов 2, а также указанные волокна 7 имеют одинаковую оптическую длину I/ft или отличаются одни от других на целое число п длин света Д в волокне (причем п не превышает длины когерентности лазера 5), то выходы оптических волокон 7 формируют уменьшенную оптическую модель принимаемого радиоизлучения (геометрически подобную и когерентную). В частности, если решетка 1 прямолинейна и эквидистантна, то также должны быть прямолинейными и эквидистантными выходы волокон 7,. В-этом случае когерентно- оптический процессор 8 представляет собой фурье-процессор на основе собирающей линзы, передняя фокальная плоскость которой совмещена с выходами волокон 7, а задняя (повернутая на 45 полупрозрачным зеркалом 9) - с первым многоканальным фотоприемником 10„ В результате Фурье-преобразования полученной оптической модели на апертуре многоканального фотоприемника 10 формируется оптическое изображение углового спектра источников радиоизлучения.

Однако в силу неидентичности электрических длин трактов элементов 2

0

5

последних световое распределение реализуется с существенными Фазовыми ошибками (оптическая модель не когерентна принимаемым радиосигналам)„ Поэтому оптическое изображение углового спектра восстанавливается с плохим качеством (если вообще восстанавливается) .

Для адаптивного устранения возникающих фазовых погрешностей в устройстве предусмотрена интерферометричес- кая схема их компенсации на базе элементов 11-180 Схема включает изображающую систему 12 из софокусных со716

бирающих линз, которая формирует в плоскости второго многоканального фотоприемника 13 изображение световых сигналов на выходах волокон 1. Одновременно в этой же плоскости создается плоская опорная волна, образованная излучением (М+1)-го волокна 11, идущего от делителя 4. Это волоно установлено в эквивалентном фокусе линз изображающей системы 12 (на продолжении ее оптической оси, повернутой на 45° полупрозрачным зеркалом 11). В результате этого фотоприемник 13 работает в режиме оптического ге- теродинирования, при котором на его n-м выходе (соответствующем М-му приемоусилительному элементу 2) формируется сигнал, который после низкочастотной фильтрации соответствующим фильтром 14 пропорционален

еп(О Еосо8(ЗЧ-),

где Е0 - амплитуда сигнала;

Ј2 - частота низкочастотного гетеродина 18;

Сь,- суммарная фазовая погрешность п-го оптоэлектронно- го тракта решетки 1„ В сигнале 1 нет фазовой составляющей, обусловленной действием фазовых модуляторов 3 света Эта фазовая модуляция осуществляется на частоте радиосигналов СО (или на их промежуточной частоте) и блокируется фильтрами 14 низкой частоты, полоса ЛСО которых должна удовлетворять неравенству Ј2 UGXCO, Фазовая модуляция с помощью одноканального модулятора 3 света необходима, если требуются различные режимы оптического гетеродинирования (в том числе и гомодинный), а также для обеспечения работы фазовых детекторов 15 на основе смесителей 16 и фильтров 1

Благодаря смешению сигналов с опорным колебанием гетеродина 18 на выходах фазовых детекторов 15 (фильтров 17) формируются напряжения, пропорциональные фазовым погрешностям л оптоэлектронных каналов. При противофазном управлении фазовыми модуляторами 3 света (реализуемом ин74

версным подключением к электродам) последние осуществляют компенсацию первичных фазовых неоднородностей 1( в оптоэлектронных трактах. Это обеспечивает неискаженное формирование изображения углового спектра на фотоприемниках 10 „

10

Формула изобретения

Волоконно-оптическое диаграммооб- разующее устройство, содержащее решетку из М приемоусилительных элементов, подключенных к М фазовым модуляторам света, лазер, одноканальный фазовый модулятор света, подключенный к гетеродину низкой частоты, когерентно-оптический процессор, све0 тоделитель, на первом оптическом выходе которого установлен первый многоканальный фотоприемник, о т л и- чающееся тем, что, с целью повышения точности диаграммоформи5 рования при наличии фазовых неоднородностей в оптоэлектронных трактах приемоусилительных элементов, выход лазера подключен к делителю 1:(М+1), который подключен к М фазовым модуо ляторам света, установленным на М входах жгута из М оптических волокон, выходы которых установлены геометрически подобно решетке на входе когерентно-оптического процессора, при этом когерентно-оптический процессор снабжен изображающей системой М выходов оптических волокон в плоскости второго многоканального фотоприемника, установленной на втором оптичесf. ком выходе светоделителя, во второй оптический вход которог о подведен (М+1)-й свободный оптоволоконный выход делителя 1:(М+1), в тракт которого включен одноканальный фазовый

5 модулятор света, а к М выходам второго многоканального фотоприемника последовательно подключены М фильтров низкой частоты и М фазовых детекторов, причем к свободным вторым вхо0 дам фазовых детекторов подключен гетеродин низкой частоты, а их выходы подключены к М фазовым модуляторам света