Акустооптические процессоры корреляционного и спектрального типов реферат

Обновлено: 12.05.2024

Функциональная и структурная организации аналоговых оптических процессоров строится на основе функционально-целевого назначения. Когерентный аналоговый оптический процессор, использует методы пространственных преобразований с помощью масок, линз, волноводов и фильтров. Аналоговые оптические процессоры могут выполнять функции оптических корреляторов когерентного и некогерентного типов. Математические операции и задачи, реализуемые оптическим процессором, ограничены. Особенно эффективно использование методов голографии в задачах обработки информации. С помощью голографических устройств реализуют синтез пространственных операционных фильтров и преобразователей изображений.

5.3.1. Акустооптические процессоры и их применение

Акустооптические процессоры корреляционного типа с пространственным и временным интегрированием используют для анализа быстропротекающих процессов. В частности они используются для анализа радиосигналов. Схема работы акустооптического спектроанализатора приведена на рис. 5.3.

Акустооптический спектроанализатор работает следующим образом. Когерентный пучок света 1 подают на пластину 3, в котором возбуждаются акустические волны частотой f₁ пьезоэлектрическим преобразователем 2. Выходящий поl углом Брэгга луч фокусируется линзой Л в фокальной плоскости в точку а.

Рис. 5.3. Схема работы акустооптического спектрального

Если частота акустической волны изменится на f₂, то выходящий луч сфокусируется в точку б. Таким образом, если на пьезоэлектрический преобразователь подавать радиосигнал с изменяющейся или модулированной частотой, то в фокальной плоскости будет формироваться спектр сигнала. Обычно в фокальной плоскости размещают линейку фотодиодов или фотокамеру, позволяющую воспроизводить спектр сигнала в удобном для восприятия и анализа виде.

Применяют также акустооптические анализаторы спектра с пространственным и временным интегрированием. Более сложные акустооптические процессоры используют для обработки сигналов фазированных антенных решеток, используемых в радиолокации.

Если в пластине 3 (рис.5.3) возбуждать колебания одной частоты и подавать на неё белый свет, то в фокальной плоскости линзы получим равномерный спектр. Пропустив предварительно свет через кювету с жидкостью, мы получим спектры поглощения присутствующих в ней веществ. Таким образом, акустооптические анализаторы можно успешно применять для спектрального анализа.

5.3.2. Оптический процессор двумерного преобразования Фурье

Аналогично предыдущему случаю (рис.5.3) строится оптический процессор для двумерного преобразования Фурье.

Для этого используют монохроматический луч и прозрачный транспарант со штриховым изображением.

Плоский фронт когерентного пучка света, прошедший через транспарант (рис. 5.4), в линзе Л1 преобразуется в сферический, а пучок (луч) преобразуется в пространственный спектр в фокальной плоскости линзы. Лучи, направленные под углом к оси линзы фокусируются в фокальной плоскости со смещением. Таким образом, угловое распределение спектра за линзой преобразуется в пространственное распределение в фокальной плоскости. В фокальной плоскости линзы мы получим преобразование Фурье:

FG(x,y)>=g(φ,ξ)=∫∫ G(x,y) exp[-j(px+qy)]dxdy , (5.11)

где постоянные иравны

Рис. 5.4. Прямое и обратное преобразование Фурье от

–пространственное распределение света на транспаранте, – фокусное расстояние линзы ; интегрирование ведется по площади транспаранта.

Восстановить изображение, можно используя обратное преобразование Фурье с помощью линзы Л2:

Fg(φ,ξ)>= G′(x,y)=(1/2π)∫∫ g(φ,ξ) exp[j(px+qy)]dpdq , (5.12)

где G′(x,y) пространственное распределение света на экране, интегрирование ведется по угловому распределению g(φ,ξ) в фокальной плоскости линзы Л1.

Преобразование Фурье можно фильтровать масками. Диафрагменное отверстие обрезает высшие гармоники и смягчает резкие границы изображения. Маска, закрывающая центр фокуса делает резче границы и дает контрастное изображение.

В заключение необходимо отметить, что современные вычислительные машины находятся на пределе быстродействия, требуются и создаются вычислительные машины с параллельной обработкой информации. Оптические процессоры позволяют производить операции с двумерными массивами и изображениями. Кроме того они, в отличии от электрических цепей, не имеют ограничений по быстродействию, обусловленных индуктивностью и емкостью.

В настоящее время появилось новое направление электроники, функциональная электроника. Её использование связано с тем, что обработка быстропротекающих процессов в радиотехнике оказалась эффективной при одновременном использовании полей разной физической природы. Примером является акустооптический спектроанализатор, позволяющий обрабатывать радиосигналы с частотой до 1 ГГц.

Сергиенко, Александр Борисович. Исследование акустооптического процессора для корреляционного и спектрального анализа радиосигналов СВЧ диапазона : автореферат дис. . кандидата технических наук : 05.12.01.- Санкт-Петербург, 1995.- 16 с.: ил. РГБ ОД, 9 95-4/2283-3

Введение к работе

Актуальность проблемы. В последнее время в радиотехнических системах различиош назначения чисто применяются широкополосные сигналы большой длительности. Использование таких сигналов, наливаемых сигналами с большой базой, позволяет улучшить номехозащн і ценность радиоенстем, обеспечить кодовое разделение каналов и системах связи, повысить точность и разрешающую способность радиолокационных и навигационных средств.

Широкое распространение упомянутых сигналом делает весьма акгут альиой задачу создания эффективных средств для их обработки. Т.'.кие средства можно разделить на две основные группы: цифровые к аналоговые.

Цифровые устройства обладают высокой точностью вычислении, гибкостью, большим динамическим диапазоном. Однако, быстродействие цифровых процессоров отстает от насущных потребностей. Кроме того, их масса, габариты, энергопотребление и стоимость быстро возрастают с увеличением полосы частот обрабатываемых сигналов.

Среди аналоговых средств весьма перспективными являются акусто-аптическне (АО) устройства, которые в настоящее время позволяют обрабатывать в реальном времени сигналы с полосой частот в сотни мегагерц в гигагерцевом диапазоне. Кроме того, они обладают таким достоинством оптических методов обработки информации, как простота :ш

полпенни важнейших интегральных преобразований. Особенный интерес при обработке сигналов с большой базой представляют Л О устройства с временным интегрированием, допускающие длительность обрабатываемых сигналов, измеряющуюся десятками миллисекунд и ограниченную временем накопления фотоприемннка.

Однако, алгоритмы обработки сигналов, реализуемые с помощью известных схем акустооптических корреляторов с временным'интегрированием (АОКВИ), как правило, отличаются от оптимальных, что не позволяет в полной мере реализовать возможности ЛО методов.

В то же время сочетание акустооптических процессоров с цифровыми устройствами позволяет улучшить характеристики аппаратуры и получить качественно новые функциональные возможности. Цифровал поелл-/іезетпорііГї'.ї обработка сигналов мокст !к:поль?отлт,ся длу устранении вышеупомянутой неидеальїгісік аліорит.чші, а та.кгке, например, для fw-іі'ілн'чіия спектрального анчднза в ЛО иоррел^торе. Тргбурмо? быстра-

— 2 —

действие цифровых схем при этом невелико, что позволяет создавать компактные устройства с низким энергопотреблением. Таким образом, разработка гибридных акусто-оптико-цифровых процессоров для обработки широкополосных радиосигналов является весьма перспективной.

Из вышесказанного видна актуальность проведения теоретических и экспериментальных исследований акустооптических процессоров (АОП), анализа алгоритмов их работы, расчета предельно достижимых параметров, создания цифровых схем последетекторной обработки.

Цепь работы — исследование АОП для корреляционного и спектрального анализа СВЧ радиосигналов, включающего в себя двумерный квадратурный АОКВИ, разработанный на кафедре Теоретических основ радиотехники СПб ГЭГУ, и устройство последетекторной цифровой обработки сигналов на базе персонального компьютера.

Основная задача исследования. В процессе выполнения работы в соответствии с поставленной целью решались задачи статистического анализа АОП при обработке детерминированных и случайных радиосигналов с учетом влияния реальных факторов.

Новые научные результаты:

предложен алгоритм обнаружения случайного сигнала, позволяющий полиостью реализовать частотные возможности двумерного АОКВИ и имеющий малые потери чувствительности по сравнению с оптимальным алгоритмом, исследованы его характеристики, разработана соответствующая схема последетекторной обработки сигналов;

рассчитан динамический диапазон двумерного АОКВИ при обработке как детерминированных, так и случайных радиосигналов, предложена методика определения оптимальных уровней входных сигналов устройства и времени интегрирования с целью максимизации данного параметра;

проведен анализ влияния преднамеренных помех на чувствительность и динамический диапазон АОКВИ при корреляционной обработке детерминированного сигнала;

экспериментально проверена возможность квадратурной корреляционной обработки и спектрального анализа радиосигналов в диапазоне СВЧ.

Практическая ценность. Полученные результаты могут служить основой для разработки акустооптических процессоров, предназначенных для обработки широкополосных радиосигналов как щ;герминцро-

__ з —

ванного, так її случайного характера п радиотехнических системах различного назначения. Предложенные алгоритмы после-детекторной обработки сигналов расширяют функциональные возможности и улучшают качественные показатели акустооптического процессора радиосигналов СВЧ диапазона.

Апробация работы. Основные результаты исследований докладывались и обсуждались на международной конференции "Оптика лазеров-93," С.Петербург, 1993 г.; международной конференции по оптической обработке информации, С.Петербург, 1993 г.; IEEE Ultrasonics Symposium, США, Балтимор, 1993 г.; международном симпозиуме по поверхностным ьолнам в твердых и слоистых структурах и национальной конференции по акустоэлектронике, Москпа — С.Петербург, 1994 г.; IEEE Ultrasonics Symposium, Франция, Канны, 1994 г.; научно-технических конференциях СПб ТЭТУ,' 1993 1995 гг.

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 11 работ: 6 статей и 5 тезисов.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав.с выводами, заключения и приложения. Основная часть работы изложена на 126 страницах машинного текста. Работа содержит 52 рисунка и 9 таблиц. Список литературы включает 59 наименований.

Сущность пространственного преобразования Фурье. Интегральное представление Кирхгофа. Модуляция и демодуляция оптических колебаний. Акустооптические процессоры корреляционного и спектрального типа. Структура последовательного канала связи и виды кодов.

Рубрика	Физика и энергетика
Вид	учебное пособие
Язык	русский
Дата добавления	10.08.2015
Размер файла	2,5 M

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

HTML-версии работы пока нет.
Cкачать архив работы можно перейдя по ссылке, которая находятся ниже.

Подобные документы

Исходная математическая форма ряда Фурье. Спектр простого гармонического сигнала, периодического аналогового сигнала, бинарного периодического сигнала. Графическое представление объема сигнала. Амплитудная модуляция. Амплитудно-импульсная модуляция.

реферат [389,5 K], добавлен 07.08.2008

Процесс управления высокочастотными колебаниями при передаче речи, музыки или телевизионных сигналов. Ток несущей частоты. Амплитудная модуляция. Наблюдение модуляции, формы и частоты колебаний. Детектирование.

лабораторная работа [179,0 K], добавлен 19.07.2007

Сущность и разновидности амплитудно-импульсной модуляции. Основные интегральные характеристики напряжения с АИМ-3, а также направления улучшения спектрального состава. Особенности применения функций Уолша в процессе реализации сложных законов модуляции.

реферат [1,0 M], добавлен 26.08.2015

Классификация колебаний по физической природе и по характеру взаимодействия с окружающей средой. Амплитуда, период, частота, смещение и фаза колебаний. Открытие Фурье в 1822 году природы гармонических колебаний, происходящих по закону синуса и косинуса.

презентация [491,0 K], добавлен 28.07.2015

Способы преобразования звука. Применение преобразования Фурье в цифровой обработке звука. Свойства дискретного преобразования Фурье. Медианная фильтрация одномерных сигналов. Применение вейвлет-анализа для определения границ речи в зашумленном сигнале.

Акустооптические приборы предназначены для развертки лазерного излучения в системах: оптической локации; слежения за рельефом местности; считывания информации; точной адресации в устройствах записи и др. Наиболее перспективными устройствами такого рода являются акустооптические модуляторы, дефлекторы и фильтры.
Принцип работы акустооптических устройств основан на явлении дифракции света на периодической структуре, образованной бегущей или стоячей ультразвуковой волной в оптической среде, где образуется объемная фазовая решетка. Возбуждаемая в звукопроводе решетка приводит к дифракции части падающего светового пучка в одном или нескольких направлениях. Угол отклонения дифрагированного света определяется периодом возбуждаемой акустической волны. Изменяя частоту акустической волны можно селективно менять любой рабочий параметр светового излучения: амплитуду, частоту, фазу, поляризацию, направление распространения и тем самым, осуществлять модуляцию этих параметров информации, поступающей на вход устройства. Интерес к акустооптическим устройствам объясняется тем, что дефлекторы они позволяют математическую обрабатывать сигналы применения со значительной полосой реальном пропускания (более 1 ГГц), звукопроводе высокоэффективны ( более 70% ), любого обладают достаточным собой быстродействием ( ≈ 1 мкс ), устройство относительно просты фазой в изготовлении, малогабаритны, управление имеют низкую химическими стоимость и малую параметрами потребляемую мощность.
В качестве источника, создающего в теле звукопроводника ульразвуковые волны, используются кристаллы ниобата лития различной ориентации, которые под действием высокочастотного электрического сигнала вырабатывают акустические волны такой же частоты.
В дефлекторы лаборатории квантовой оптического электроники НИИ управляющим ПФ на установке холодной оптическое диффузной вакуумной частоту сварки изготавливаются выходе акустооптические ячейки, которые относительно входят в состав математическую любого акустооптического определенном устройства. В качестве более звукопроводника используется устройства парателлурит. Выбор обработка в качестве звукопроводника состоянию парателлурита для исследуемого акустооптической ячейки реальном связано с его работающие замечательными свойствами. Оптическое предназначены качество парателлурита, дефлектор наряду с высокой реальном дифракционной эффективностью фазой возбуждаемой в звукопроводе дифракции акустической решетки, монохроматоры позволяет использовать частоту такие приборы дифракции для внутрирезонаторного газов управления параметрами отклоняют импульсных лазеров. С дифракции помощью модуляторов, математическую дефлекторов, фильтров модуляция и синхронизаторов мод получения успешно осуществляются: видимого модуляция добротности, модуляторы перестройка длины применения волны лазерного определенном излучения и получения системы коротких импульсов. Применение параллельная современной технологии сварки при изготовлении неколлинеарные акустооптических приборов собой позволяют разработать защитный малогабаритные и многоканальные основе системы.

1 ПРИМЕНЕНИЯ устанавливать АКУСТООПТИЧЕСКИХ ЯВЛЕНИЙ

Акустооптический операции эффект широко обрабатывается применяется как относительно в научных исследованиях, двумя так и в технических неколлинеарные устройствах. В частности, фазы акустооптическим методом корреляторы можно визуализировать оптическое акустические поля угол и контролировать качество математическую прозрачных материалов. Акустооптические анализ фильтры позволяют исследуемого осуществлять дистанционный качестве химический анализ монохроматор среды. Кроме осуществляют того, акустооптические дефлектор устройства оказываются получения чрезвычайно эффективными создает для анализа анализа высокочастотных радиосигналов. Важнейшей качестве областью применений технических являются системы фильтры оптической обработки анализа информации, включая звукопроводе элементы систем оптическое оптической связи применения и оптические процессоры.
Разнообразные звукопроводе применения акустооптических анализа приборов становятся неколлинеарные возможными благодаря используется многогранности акустооптического фильтры эффекта, с помощью управление которого можно дифракция эффективно манипулировать лаборатории всеми параметрами используется оптической волны

Зарегистрируйся, чтобы продолжить изучение работы

. Так параллельная акустооптические устройства химическими позволяют управлять интенсивностью лазерного отклоняют излучения, положением оптического рассмотренные луча в пространстве, поляризацией и фазой оптической качестве волны, а также спектральным образуется составом и пространственной труктурой оптических работающие пучков.

2 ОСНОВНЫЕ звукопроводе КЛАССЫ АКУСТООПТИЧЕСКИХ модуляция ПРИБОРОВ

Модуляторы — позволяют потребляемую управлять интенсивностью качестве оптического излучения. Акустооптические устройства модуляторы - приборы, обрабатывается управляющие интенсивностью фильтры световых пучков дифракция на основе перераспределения сигнал световой энергии спектра между проходящим ульразвуковые и дифрагированным светом. Обычно отклоненный используется модуляция дефлекторы дифрагированного света, сварки т. к. 100%-ная модуляция пропускания проходящего излучения использование требует значительных звукопроводе акустических мощностей. Акустооптический качестве модулятор представляет используется собой АОЯ, в которой оптических распространяется амплитудно-модулированная создает звуковая волна. Падающий позволяют на АОЯ свет лаборатории частично дифрагирует, и отклоненный модуляторы луч принимается фотоприемным устройством. В используется модуляторах используется дифракции как брэгговская дифракция, акустических так и дифракция Рамана-Ната. Быстродействие сварки модулятора определяется уникальные временем прохождения устройство звукового сигнала угол через поперечное оптическое сечение светового оптического пучка и оказывается с. Акустооптические приборов модуляторы при положением максимальной простоте фильтры конструкций позволяют позволяют осуществлять такие интенсивность сложные операции, неколлинеарные как параллельная осуществляют обработка информации собой в акустооптических процессорах.
Дефлекторы — отклоняют оптическое оптический луч собой на определенный угол, выходе а также осуществляют устройство сканирование луча дифракции в пространстве.
Перестраиваемые фильтры:
фильтры параллельная длин волн технических оптического излучения, позволяет или спектральные дифракции фильтры, — пропускают помощью оптическое излучение поступающей только в определенном включая интервале длин дефлекторы волн, при фазой этом «окно» пропускания потребляемую может перестраиваться;
фильтры анализа пространственных частот — управляют распределению пространственной структурой применения оптического пучка (пропускают оптическое определенные пространственные ульразвуковые частоты углового управляющим спектра оптического бистабильные излучения).
Развёртывающие устройства — позволяют монохроматоры считывать оптическое импульсе изображение построчно позволяет и преобразовывать его уникальные с помощью одноэлементного оптическое фотоприемника в последовательность видимого электрических сигналов.
Анализаторы системы электрических сигналов (радиосигналов):
анализаторы интенсивность спектра радиосигналов;
измерители оптических фазы радиосигналов.
Устройства длина регулируемой задержки — задерживают поляризаций сигнал на определенное позволяет время, длительность контролировать которого, в отличие дефлекторы от твердотельных акустоэлектронных параллельная линий задержки, сигнале легко регулируется (положением приборов оптического луча).
Компрессоры создает радиоимпульсов — осуществляют дифракция сжатие электрических параметрами импульсов.
Акустооптические процессоры — осуществляют устройство те или иные операции математические операции анализа над оптическими устанавливать и акустическими сигналами. В состоянию частности:
корреляторы — вычисляют дифракции корреляцию двух позволяют сигналов;
конвольверы — выполняют импульсе математическую операцию модуляторах свёртки двух создает сигналов;
матрично-векторные процессоры — выполняют дифракция операции линейной луча алгебры;
Акустооптические системы акустических с обратными связями:
системы широкого стабилизации оптических линий и электрических параметров (например, направление системы стабилизации защитный интенсивности оптического анализ пучка);
электронно-акустооптические генераторы — автоколебательные используется системы, содержащие отклоненный в качестве основного оптическое нелинейного элемента параметрами акустооптическое устройство; используется позволяют получать оптических согласованные автоколебания отклоняют электрических, акустических управляющим и оптических величин, более включая регулярные модуляторах и стохастические колебательные поляризаций режимы;
бистабильные и мультистабильные системы — акустооптические позволяют системы, характеризующиеся фильтр двумя или неколлинеарные несколькими стабильными дефлекторы состояниями, между отличие которыми возможно неколлинеарные переключение при основе определенном внешнем анализа воздействии; такие частоту системы можно анализа рассматривать как луча оптические аналоги импульсе электронных триггеров.
Акустооптические пригодном процессоры - Акустооптические осуществляют приборы, рассмотренные обработка выше, служат отклоняют основой для оптическое создания устройств параллельная обработки СВЧ-сигналов - т

Файл "Лекция 6" внутри архива находится в папке "Шесть лекций". Документ из архива "Шесть лекций", который расположен в категории "лекции и семинары". Всё это находится в предмете "оптика в радиотехнике" из девятого семестра, которые можно найти в файловом архиве РТУ МИРЭА. Не смотря на прямую связь этого архива с РТУ МИРЭА, его также можно найти и в других разделах. Архив можно найти в разделе "лекции и семинары", в предмете "оптика в радиотехнике" в общих файлах.

Онлайн просмотр документа "Лекция 6"

Текст из документа "Лекция 6"

Лекция 6. Акустооптические устройства обработки сигналов

1. Базовые элементы акустооптических процессоров. Акустооптические модуляторы (АОМ)

Рис. 1. Акустооптический модулятор

Для ввода радиосигналов в когерентный оптический процессор используются акустооптические модуляторы (АОМ), работающие на эффекте акустооптического взаимодействия (АОВ). АОВ внешне проявляется как дифракция света на акустических волнах, возбуждаемых в прозрачной среде. Можно сказать, что АОМ выполняет функции динамического сигнального транспаранта.

АОМ (рис. 1) представляет собой прозрачный плоскопараллельный звукопровод, выполненный из стекла или монокристалла, к металлизированному торцу которого термокомпрессией крепится пластинка из пьезоэлектрика. К обкладкам пьезоэлектрика прикладывается переменное напряжение сигнала, под действием которого возникают механические колебания пластинки, возбуждающие в звукопроводе бегущую акустическую волну, которая поглощается на дальнем (скошенном) торце. Распространяющаяся в упругой среде акустическая волна создает пространственно-временное распределение давления, что приводит к соответствующему пространственно-временному изменению показателя преломления материала звукопровода. Падающая на такую среду световая волна рассеивается (дифрагирует) на вариациях коэффициента преломления, в результате чего образуется дифракционное световое поле.

Можно сказать, что АОМ выполняет функции динамического сигнального транспаранта.

Существует два основных режима дифракции света на акустических волнах: дифракция Рамана-Ната и дифракция Брэгга. Эти режимы имеют разные дифракционные спектры.

Рис. 2. Схема дифракции света на акустической волне: а – дифракция Рамана-Ната;
б – дифракция Брэгга.

Границы этих режимов определяются значением безразмерного параметра дифракции (параметр Кляйна-Кука)

где Q – параметр дифракции, l – толщина пластины звукопровода АОМ,
Λ – длина акустической волны в АОМ, λ – длина волны света.

При Q<<1 наблюдается дифракция Рамана-Ната. Она имеет место при низких звуковых частотах и при не слишком большой длине взаимодействия (глубине акустического поля). В этом режиме световое поле рассматривается как результат прохождения света через тонкую чисто фазовую пластинку с переменным во времени и пространстве коэффициентом преломления. Это многопорядковый режим дифракции.

Угловое направление дифракционных максимумов относительно нулевого (соответствующего прямо прошедшему свету) определяется формулой

, m = 0, ±1, ±2, …,

где θ_m – угловое направление на дифракционный максимум m–го порядка.

При Q>>1 наблюдается дифракция Брэгга. Она имеет место на высоких частотах при большой длине взаимодействия света с акустической волной. Интенсивность первого максимума будет наибольшей, если свет падает под углом к волновому фронту акустической волны, удовлетворяющим условию Брэгга:

При дифракции Брэгга дифракционный спектр состоит из двух максимумов, соответствующих значениям m=0 и m=1.

Основные характеристики акустооптических модуляторов.

Акустооптическая эффективность (эффективность дифракции световой волны на акустической волне) измеряется в [%/Вт]:

, где I_±1 – интенсивность света в одном из первых дифракционных порядков; I₀ – интенсивность падающего света; P_a – мощность акустической волны.

f₀ – средняя частота [МГц];

Δf_АОМ – рабочая полоса частот [МГц];

T_а – временная апертура [мкс]: (2)

где 2L – длина пластины звукопровода АОМ (апертура АОМ вдоль «сигнальной» координаты), V – скорость акустической волны.

Характеристики АОМ типа ОРТ-1 фирмы «Isomet Corporation»

Рабочая длина световой волны…. 0,63 мкм

Средняя частота……………………75 МГц

Рабочая полоса частот……………..50МГц

Размеры рабочей апертуры ..……. 4х32 мм

Временная апертура………………. 50 мкс

Материал звукопровода .парателлурит (TeO₂)

Скорость акустической волны ……617 м/с

Эффективность дифракции .. ……..10%/Вт

Источники света

Газовые лазеры (гелий-неоновые с λ=0,63 мкм; гелий-кадмиевые с λ=0,44 мкм)

Твердотельные лазеры (на алюмоиттриевом гранате с λ=1,06 мкм)

Полупроводниковые инжекционные лазеры (например, лазеры типа ИЛПН с λ от 0,65 до 0,80 мкм и мощностью от 3 до 10 мВт в зависимости от типа лазера).

Фотоприемники (ФП)

ФП подразделяются на 2 класса:

- мгновенного действия: фотоэлектронные умножители, p-i-n-фотодиоды, лавинные фотодиоды;

- с накоплением заряда во времени: линейки и матрицы приборов с зарядовой связью (ПЗС).

ФП мгновенного действия имеют постоянную времени, малую по сравнению c временем изменения регистрируемой интенсивности света, поэтому они осуществляют только пространственное интегрирование светового потока.

ФП с накоплением заряда во времени, напротив, имеют большую постоянную времени и поэтому, кроме пространственного интегрирования, осуществляют еще и временное интегрирование (временное накопление заряда).

Транспаранты

Сигнальные транспаранты служат для ввода в оптическую систему пространственной копии обрабатываемого сигнала (статического). Опорные транспаранты используются для формирования передаточной функции оптической системы.

2. Распределение светового поля дифрагировавшего на акустической волне в выходной плоскости АОМ

Пусть к АОМ подводится сигнал s(t) = a(t)cos[Ω₀t+φ(t)].

Комплексная огибающая такого сигнала может быть записана в виде

u_s(t) = a(t)exp[iφ(t)].

Распределение светового поля в выходной плоскости АОМ поля в выходной плоскости АОМ для режима дифракции Рамана-Ната (при угле падения луча на АОМ θ_i = 0):

где m – индекс модуляции, E₀ – комплексная амплитуда падающей волны, λ – длина волны оптического излучения, Ω₀ – несущая частота электрического сигнала, Λ₀ – длина волны акустической волны на несущей частоте,
V – скорость акустической волны, k=2π/λ.

Полное поле в выходной плоскости АОМ состоит из трех волн: невозмущенной плоской (первое слагаемое) и двух квазиплоских волн, промодулированных пространственно-временным образом комплексным сигналом (второе слагаемое) и комплексно-сопряженным сигналом (третье слагаемое). Две последние волны имеют частотный сдвиг ±Ω₀.

Распределение светового поля для режима дифракции Брэгга (при угле падения луча на АОМ θ_i = θ_B):

Параллельная и последовательная дифракция в АОП

В технике АОП часто бывает необходимо ввести в оптическую систему (ОС) для дальнейшей обработки пару сигналов. Это может быть осуществлено с помощью параллельной или последовательной дифракции.

При параллельной дифракции в ОС формируются две световые волны, каждая из которых независимо испытывает дифракцию на одном из сигналов, после чего они интерферируют на поверхности ФП.

При последовательной дифракции одна и та же световая волна дифрагирует на обоих сигналах и, будучи промодулирована таким образом, попадает на ФП.

В зависимости от типа АОП оба сигнала могут вводиться либо с помощью пары АОМ, либо один из них может быть заменен на статический транспарант.

Рис. 3. Геометрия параллельной (а) и последовательной (б) дифракции Брэгга на двух сонаправленных акустических пучках

3. Акустооптический процессор корреляционного типа с пространственным интегрированием (АОКПИ)

Известны АОКПИ двух типов: гетеродинные и негетеродинные.

В гетеродинных АОКПИ используется параллельная дифракция света на обрабатываемом и опорном сигналах, а выходной сигнал формируется на радиочастоте.

В негетеродинных АОКПИ используется последовательная дифракция света на обрабатываемом и опорном сигналах, а выходной сигнал представляет собой видеоимпульс.

Рассмотрим примеры гетеродинных АОКПИ.

Акустооптический согласованный фильтр (АОСФ) (рис.4)

Подлежащий обработке радиосигнал возбуждает в АОМ бегущую акустическую волну, на которой дифрагирует коллимированный когерентный световой пучок. Опорный сигнал записан на статическом транспаранте Т, представляющем собой амплитудную (или фазовую) дифракционную решетку, пространственный период которой изменяется по закону модуляции опорного сигнала. Совокупная дифракционная картина отображается линзой Л, выполняющей пространственное преобразование Фурье в плоскость Р, где расположен фотоприемник ФП и последовательно включенный с ним полосовой усилитель ПУ.

В области +1 дифракционного порядка плоскости пространственных частот Р интерферируют две световые волны, испытавшие параллельную дифракцию на сигнале в АОМ (+1,0) и на транспаранте (0,+1). Эти волны промодулированы пространственными спектрами обрабатываемого и опорного сигналов соответственно, так, что комплексная амплитуда светового поля в плоскости пространственных частот будет иметь вид суммы спектров:

где и – комплексные огибающие сигналов s(t) и T(x) соответственно; к – пространственная частота дифракционной решетки транспаранта, Ω – частота акустической воны, – волновое число акустической волны.

Читайте также: