Электрооптический преобразователь электрических сигналов Советский патент 1979 года по МПК G02F1/05 G02F7/00 

1

Изобретение относится к преобразователям .непрерывных во в:ремени электрических сигналов в импульсы и ередназначено для использования в устройствах автоматики, вычислительной техники.

Известен преобразователь сигналов, выполненный только на электрических элементах.

Такой преобразователь имеет довольно большие габариты, вес и емкость.

Ближайшим по технической сущности к изобретению является преобразователь, в основу которого положены принципы функциональной микроэлектроники. Преобразователь содержит источник света, два последовательно расположевных сегнетоэлектрических кристалла с электродами и фотоприемник, перед каждым из которых расположен поляризатор.

Кроме того, в состав преобразователя входит регистрирующее устройство 2. Такой преобразователь может выполнять целый ряд функций: аналого-цифровое преобразование, широтно-импульсная модуляция, преобразование фазы в импульсы и т. д.

Однако этот преобразователь имеет недостаток, который существенно понижает его конкурентоспособность в сравнении с другими устройствами подобного назначения. Этот недостаток - одноканальность преобразования. Такой недостаток еще более усугубляется все возрастающей тенденцией увеличения пропускной способности устройств преобразования информации.

Исходя из выщеизложеш-юго, основная цель изобретения-расширение ф)нкциональных возможностей преобразователя за счет увеличения числа каналов преобразования.

Поставленная цель достигается тем, что в преобразователе, содержащем источник света, фотоириемник, сегнетоэлектрические кристаллы и поляризаторы, введены два светоделителя, расположенные перед каждым из кристаллов и два дополнительных фотоприемника, оптически связанные со светоделителями, а также дополнительный сегнетоэлектрический кристалл с электродами и поляризатором, установленный мелчду первым светоделителем и дополнительным фотоприемником.

На фиг. 1 схематически показан предлагаемый преобразователь; на фиг. 2 и 3 - эпюры, поясняющ1 е его работу.

Преобразователь состоит из источника света 1, фотоприемников 2-4, сегнетоэлектрических кристаллов 5-7, обладаю1цих гистерезисным электрооптическим эффектом с электродами 8, поляризаторов 9-12, светоделителей 13 и 14. Э.тементы 1 -14

находятся в светонепроницаемом корпусе 15. Один из каналов преобразования образован элементами (последовательно по ходу луча света) 1, 9, 13, 7, 10, 14, 4. Второй капал образован элбментамн 1, 9, 13, 5, 11, 2 н третий канал - 1, 9, 13, 7, 10, 14, 6, 12, 3. Элементы первого ка1нала расположены на одной осн с нсточником света 1 и фотопрпемпкком 4, в остальных каналах эта сооспость парушается, поскольку эти каналы работают на световом луче, идущем уже от светоделителя 13 или 14.

В основу работы преобразователя положена способность кристаллов, обладающих гистерезисным электрооптическим эффектом, нреобразовывать непрерывный поляризованный световой поток в импульсы света, длительность которых зависит от электрического напряжения, поданного на кристалл. На фиг. 2 показана электрооптическая петля гистерезиса сегнетоэлектрическото кристалла. Если к кристаллу прикладывается с инусоидальное напряжение, то нри неренесении синусоиды с уровнем коэрнитивного поля (точка а на фиг. 2) кристалл переходит в состояние пропускания света, которое продолжается вплоть до точки б (а-б - интервал пропускания света), где поле достигает величины и кристалл переходят в состояние, при котором он не пропускает света. Это состояние продолжается до точки б, где поле достигает величины и цикл повторяется. Таким образом, непрерывный световой поток, проходя через кристалл, преобразуется в импульсы света /ов, слехтующпе с частотой, равной частоте синусоидального напряжения и имеющие длительность т -- (Т - период синусоиды).

Если к кристаллу кроме синусоидального напряжения t/ прикладывать и постоянное напряжение U, то это Приводит к смещению петли гистерезиса вдоль оси электрического поля, что проявляется в изменении величины коэрцитивного иоля для положительной и отрицательиой полуволн синусоидального напряжения (7.На фиг. 2 штриховой-линией показана смещенная петля гистерезиса, полученная в результате, приложения к кристаллу отрицательного ностояяного напряжепия -U .

Для этой петли гистерезиса коэрцитивиые поля будут иметь значения

.Вследствие этого интервал пропускания света через кристалл сталет равньш интервалу а-б (Ь-г), который будет меньшим интервала а-б. Это приведет к уменьшению длительности импульса евета, прошедшего через кристалл, до величипы t. При изменении нолярности f/ петля гистерезиса сместится в противоположную стороиу, что приведет к увеличению длительности световых импульсов, прошедших через кристалл.

Зависимость длительности импульсов света от величины постоянного U и переменного У напряжепий может быть выражена соотношением:

.+

Е 4 и

arc sin

и

arcsin ()р/,

V -т. / I

где Urn - амнлитудное значение синусоидального напряжения U ;

/ - частота переменного напряжения.

Как следует из приведенного соотношения при неизменном U , длительность импульсов определяется только величиной и, и наоборот, при неизменном U, длительность импульсов зависит только от f/. На фиг. 3 показана графическизависимость длительности импульсов т от величины постоянного напряжения при различных значениях переменного напряжения t/. ТаКИМ образом, очевидно, что сегнетоэлектрический кристалл, обладаюший гистерезисным электрооптическим эффектом, преобразует непрерывный световой поток в световые импульсы, длительность которых зависит от величины постоянного или пе ременного напряжений, прикладываемых к кристаллу. Исходя из вышеизложенного, также очевидна одна из основных функций, которую молсет выполнять предлагаемое

устройство - это нреобразование аналогоiBoro сигнала в импульсный.

Преобразователь работает следующим образом. Непрерывный световой шотОК, идущий от

источника 1, проходит через поляризатор 9 и попадает на светоделитель 13. На светоделителе световой поток делится на несколько лучей в зависимости от типа исиользуемого светоделителя.

На фиг. 1 светоделитель делит поток на два луча (полупрозрачное зеркало), один из которых распространяется прямо и нопадает на кристалл 7, другой - отразивщись от светоделителя 13, попадает на кристалл

5, затем через ноляризатор 11 на фотоприемник 2. Идущий нряадо луч проходит через кристалл 7, поляризатор 10, светоделитель 14, где он опять делится. Один из разделенных лучей идет прямо на фотоприемник 4,

другой - через кристалл 6, поляризатор 12 на фотоприемник 3. Таким образОМ, каждый отдельный луч с находящимся на его пути поляризаторами и кристаллами представляет собой отдельный канал преобразования. При приложении к кристаллу 5 или 6 или 7 неизменного синусоидального напряжения и несущих информацию аналоговых сигналов, непрерывный световой поток, проходя через кристалл, преобразуется в

импульсы света, длительность которых несет информацию об аналоговом сигнале. На фото-приемниках 2 или 3 или 4 импульсы света преобразуются в электрические импульсы соответствующей длительности. Таким образом, аналоговая информация, преобразуется в электрические имиульсы (в иНтервал времени).

Предлагаемый преобразователь превосходит по своим техническим возможностям прототип благодаря более широким функцнональным способностя1м. Этот преобразователь может выполнять функции сложения и вычитания сигналов, что не может выполняться прототипом. Необходимо также отметить экономическую выгодность увеличения канальности преобразователя за счет деления светового луча, поскольку при этом уменьшается количество поляризаторов, приходящихся па один канал. Например, из фиг. 1 видно, что поляризатор 9 обслужпвает сразу два канала, оканчиваюш,иеся фотоприемником 2 и фотоприемником 4. Таким образом, чем больше каналов преобразования, полученных за счет светоделителя, тем меньше стоимость каждого канала и в целом один канал такого преобразователя дешевле прототилного преобразователя. Отсюда следует, что предлагаемый преобразователь имеет высокую экономическую эффективность.

Необходимо также отметить высокую надежность и помехозаш,ищенность преобразователя. Надежность обусловлена полным отсутствием полупроводниковых элементов типа диод, транзистор, помехозащищенность вытекает из световой (а не электрической) природы носителя информации.

Формула изобретения

Электрооптический преобразователь электрических сигналов, содержащий источник света, два последовательно расположенных сегнетоэлектрических кристалла с электродами и фотоприемник, перед каждым из которых расположен поляризатор, отличающийся тем, что, с целью расширения его функциональных возможностей за счет увеличения числа каналов преобразования, в него введены два светоделителя, расположенные перед каждым из кристаллов и два дополнительных фотоприемника, оптически связанные со светоделителями, а дополнительный сегаетоэлектрический кристалл с электродами и поляризатором установленный между первым светоделителем и дополнительным фотоприемником.

//

13

15

.,i,,

-V,.