Оптическое множительное устройство Советский патент 1983 года по МПК G06G9/00 

« 9 3 Изобретение относится к оптике и вычислительной технике и предназначено для применения в оптических умножителях и корреляторах, в частности для выделения полезного сигна ла из спектра шумов, для модуляции световых сигналов, а также для реализации ряда логических операций. Может найти применение в измеритель ной технике при прецизионных фазовых измерениях. Известны оптические множительные устройства. Одно из известных устройств сордержит установленные последовательн на одной оптической оси поляризатор магнитооптический кристалл, электрический кристалл, электрооптический кристалл, электрические входы которы являются входами устройства, фазовую пластину, анализатор и фотоприемник соединенный с входом блока выделения переменного сигнала ij . Известно также множительное устройство, содержащее установленные на одной оптической оси источник света поляризатор, два активных электрооптических кристалла, соединенных с со ответствующими источниками электрических сигналов, анализатор и фотоприемник, подключенный к входу блок выделения переменного сигнала, приче электрооптические кристаллы установлены так, что ось наибольшей скорост распространения света одного электро оптического кристалла составляет угол 9i.(45° + п-180°) , где п 0,1, 2...., с осью наибольшей скорости распространения света другого электрооптического кристалла. Недостатком этих известных устройств является наличие только двух перемножаемых сигналов, а также невозможность выполнения логических операций, что ограничивает область применения и функциональные возможности устройства. Наиболее близким по технической сущности к изобретению является оптическое логическое устройство на ос нове интерферометра Майкельсона, содержащее источник линейно-поляризованного излучения с азимутом оптической оси 45°, два непрозрачных и одно полупрозрачное зеркало, образующие интерферометр Майкельсона, два электрооптических кристалла с азимутом оптических осей О, причем один кристалл установлен до интерферометра, второй в плече интерферометра, две фазовые четвертьволновые пластинки, одна из которых установлена в плече интерферометра с электрооптическим кристаллом и имеет азимут оптической оси 45, вторая фазовая пластинка в другом плече интерферометра имеет азимут оптической оси 90, фотоприемник, усилитель и регистратор. Сигнал на выходе представляет собой произведение двух величин, представленных в виде электрических напряжений, подключенных к двум, электрооптическим кристаллам 3j. Недостатком этого устройства является наличие только двух перемножаемых функций, что ограничивает область применения устройства. Для расширения области применения оптического множительного устройства на основе интерферометра Майкельсона, а именно использования его для получения произведения трех величин, представленных в виде электрических сигналов (наличие третьего множителя позволяет применить устройство для корреляционного анализа двух низкочастотных сигналов, используя третий множитель в качестве модулирующего, . что позволяет повысить отношение. сигнал/шум) в предлагаемое устройство, содержащее светоделитель, выполненный в виде полупрозрачного зеркала, два отражающих зеркала, две фазовые четвертьволновые пластины, два входных электрооптических модулятора, источник линейно поляризованного излучения с азимутом оптической оси 45 , выход которого связан с оптическим входом первого входного электрооптического модулятора, азимут оптической оси которого 0°, между полупрозрачным зеркалом и первым отражающим зеркалом последовательно установлены второй входной электрооптический модулятор и первая фазовая четвертьволновая пластина, имеющие азимут оптической оси , причем оптический выход полупрозрачного зеркала связан с входом фотоприемника, выход которого через усилитель соединен с входом регистратора, выход которого является выходом устройства, введен третий входной электрооптический модулятор с азимутом оптической оси 45, вход которого оптически связан с выходом первого входного электрооптического модулятора, а выход - с входом полупрозрачного зеркала, а вторая фазовая четвертьволновая пластина, имеющая азимут оптической оси 0, установлена между первой фазовой четверть волновой пластиной и первым отражающим зеркалом. На фиг. 1 дана схема оптического множительного устройства; на фиг. 2направления оптических осей анизотропных элементов. Устройство содержит источник 1 линейно поляризованного излучения, одно полупрозрачное зеркало 2, два непрозрачных зеркала 3 и 4, образуюиие интерферометр Майкельсона, три электрооптических модулятора 5-7, две четвертьволновые фазовые пластинки 8 и 9, фотоприемник 10, усилитель 11 и регистратор 12.

Принцип работы устройства -состоит в следующем.

Линейно поляризованный луч от исочника 1 излучения после прохождения через электрооптические модулятоы 5 и 6 становится эллиптически пояризованным и делится полупрозрачным зеркалом 2 на два луча, один из которых, отразившисьОТ зеркала 4, попадает на фотоприемник 10. Другой уч, отраженный от зеркала 3, имеет такую же эллиптичность, что и первый. Оба луча выходят из интерферометра по тождественной траектории, причем лучи благодаря фазовой пластинке 9 имеют противоположное направление вращения электрических векторов, а большие оси эллипсов отклонены на одинаковый угол относительно нулевого азимута в противоположных направлениях. В результате интерференции обоих лучей образуется луч, волновая функция которого имееа вид:

AHbsinu-sJnE. -RTiT e

2 Wt-9ind-6inE

nSy

ll-sint e j, де Й - амплитуда источника излучения;

S,E.- фазовые сдвиги между ортогональными составляющими луча, проходящего соответственно через модуляторы б, б, 7, при подключении к последним электрических напряжений:

5 arctg (tg I sec Е -tg Е -, .S,,arctg(tg|5ecE-tgE).

:интенсивность суммарного луча:

-,3 s nd-sinE-S4nc).

На выходе фотоприемника 10 установлен усилитель 11, выделяюш.ий только переменную составляющую, поэтому сиг-i нал, поступашций на регистратор 12, пропорционален произведению sind х SinE Злпс.

Разработанное устройство можно использовать, например, для корреляционного анализа низкочастотных сигналов. При подаче на один кристалл модулирующей частоты, на которую настроен .ополосный усилитель, устройство позволяет определить функцию корреляции между двумя электрическими напряжениями, подаваемыми на два других кристалла.

Устройство может быть использовано также для многоканальной модуляции на суммарных и разностных частотах, причем, так как при изменении величин б , Е , С меняются одновре -менно интенсивность луча и его состояние поляризации, количество каналов удваивается.

Устройство может быть использова. но в измерительной технике при пре цизионных фазовых измерениях изотропных и анизотропных объектов. Например, заменив электрооптический кристалл 7 изотропным исследуемым объектом и модулируя состояние поляризации входящего луча с помощью модуляторов 5, б на частотах h к i , можно узкополосный усилитель 11 настроить на разностную частоту и-я,- , что .позволяет уменьшить наводки от кристаллов и повысить отношение сигнал/ шум.

1;6;7;8

f;9

Фиг.2.