Акустооптические анализаторы спектра с пространственным интегрированием. реферат. Реферат По дисциплине Акустооптические устройства

• Название: Реферат По дисциплине Акустооптические устройства
• Анкор: Акустооптические анализаторы спектра с пространственным интегрированием
• Дата: 30.12.2021
• Размер: 321.61 Kb.
• Имя файла: реферат.docx
• Тип: Реферат; #322051

ДОНЕЦКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

ФИЗИКО-ТЕХНИЧЕСКИЙ ФАКУЛЬТЕТ

КАФЕДРА РАДИОФИЗИКИ И ИНФОКОММУНИКАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ
Реферат

По дисциплине «Акустооптические устройства»

Тема: «Акустооптические анализаторы спектра с пространственным интегрированием»

Выполнил:

студент группы РФ-2 (маг.)

Сененко К.А.

г. Донецк
2021 год

Оглавление

Введение 3

Цель работы 3

Задачи работы 3

Глава 1. Акустооптические спектроанализаторы сигналов 4

Глава 2. Влияние параметров отдельных блоков на характеристики акустооптических анализаторов спектра -с пространственным интегрированием 9

2.1. ПРИМЕНЕНИЕ МНОГОКАНАЛЬНОГО АКУСТООПТИЧЕСКОГО МОДУЛЯТОРА ДЛЯ ПОВЫШЕНИЯ РАЗРЕШАЮЩЕА СПОСОБНОСТИ 9

2.2. Влияние параметров отдельных блоков на характеристики акустооптических анализаторов спектра с пространственным интегрированием 11

Вывод 12

Список литературных источников 13

Введение

Рассматривая применение лазеров в различных областях науки и техники, нельзя обойти такую область их использования, как оптическая обработка информации. В оптической обработке сигналов важную роль играют акустооптические методы, основанные на взаимодействии света с ультразвуковыми волнами, возбуждаемыми в твердых и жидких средах. Наглядным примером устройств оптической обработки информации, работа которых основана на акустооптическом методе, являются анализаторы спектра радиосигналов.

Цель работы

Изучить акустооптические анализаторы спектра с пространственным интегрированием.

Задачи работы

1. 
   Рассмотреть, как устроены акустооптические спектроанализаторы сигналов;
   
2. 
   Выявить влияние параметров отдельных блоков на характеристики акустооптических анализаторов спектра с пространственным интегрированием.
   

Глава 1. Акустооптические спектроанализаторы сигналов

1. 
   . Принцип действия
   

Рассмотрим некоторую пластину из прозрачного для света изотропного материала, в котором посредством пьзопреобразователя возбуждена бегущая акустическая волна. Наличие акустической волны приводит
к периодическому изменению плотности среды вдоль ее распространения.
От плотности среды зависит величина показателя преломления. Поэтому акустическая волна создает в материале пластины периодическое по ее длине распределение показателя преломления. Такая пластина с возбужденной
в ней акустической волной приобретает свойства дифракционной решетки.

Если через эту пластину перпендикулярно направлению распространения акустической волны пропустить пучок света,
то произойдет его дифракция (рис.1). Как следует из теории, развитой в работах Рамана и Недженра Ната, комплексная амплитуда прошедшего через пластину дифрагированного поля Е_диф может быть представлена в виде:




где Е₀ амплитуда поля падающего светового пучка, L - ширина светового излучения, Λ - длина акустической волны, v_А скорость акустической волны, n - показатель преломления пластины, Δ_n - амплитуда изменения показателя преломления под действием акустической волны, l - толщина пластины, θ - угол направления распространения света, отсчитываемый от перпендикуляра к поверхности пластины.

Из выражения видно, что дифракционное поле резко зависит от угла θ. Прошедшее через пластину поле преимущественно рассеивается в направлениях θm главных дифракционных максимумов.



где f_A частота акустической волны, m - целое число (положительное, отрицательное или нуль), определяет порядок дифракционного максимума.

Если m = 0, то говорят о нулевом (основном) порядке дифракционного максимума, при m = (±)1 - плюс или минус первом дифракционном максимуме.

Интенсивность I_m света в m-м дифракционном максимуме пропорциональна квадрату функции Бесселя в m-м дифракционном максимуме.



где I₀ - интенсивность света падающего на пластину, Г0 =

Как видно из формулы, значение угла дифракции θ_m , кроме m=0, зависит от длины акустической волны Λ ( от частоты f_A). Это обстоятельство и используется в акустооптических радиоспектрометрах. Дифрагированное на акустической волне излучение, проходя через линзу, фокусируется, образуя в фокальной плоскости распределение поля в виде дифракционных максимумов. Обычно используют один – либо плюс первый, либо минус первый дифракционный максимумы, интенсивности которых, как правило, превалируют над остальными. Координаты этих максимумов в фокальной плоскости линзы определяются значением частоты (длины волны) акустической волны.

Мы рассмотрели ситуацию, когда в пластине возбуждена гармоническая акустическая волна. Если в пластине будет возбуждена не одна волна, а N волн, обусловленных Фурье составляющими сигнала, поступающего на входной пьезопреобразователь, то, согласно принципу суперпозиции, в каждом порядке дифракции будет наблюдаться N дифракционных максимумов, соответствующих частотам этих волн.

Рисунок 1 Дифракция света на упругой ультразвуковой волне в режиме Брэгга

На рис.2 приведена схема акустооптического спектроанализатора радиосигналов. Он включает в себя лазер (l), коллиматор (2), состоящий из двух линз Лl Л2, акустооптический модулятор (3), фокусирующую линзу ЛЗ с фокусным расстоянием F, многоэлементный фотоприемник ( 4), систему обработки и регистрации (5) спектра радиосигнала, поступающего на вход (6) анализатора. Назначение отдельных элементов спектроанализатора очевидно. Лазер (1) и коллиматор (2) служат для получения однородного по сечению пучка света с поперечными размерами, соответствующими рабочей апертуре L модулятора. Для обеспечения однородного распределения амплитуды по поперечному сечению светового пучка лазер должен работать в режиме генерации нулевой поперечной моды.



Рисунок 2 Акустооптический спектранализатор радиосигналов

Центральным звеном анализатора является акустооптический модулятор, в котором происходит дифракция светового пучка на акустических волнах, возбуждаемых исследуемым сигналом.

Акустические волны в звукопроводе модулятора возбуждаются пьезоэлектрическим излучателем (7), установленным на его торце. Для обеспечения режима бегущей волны в модуляторе на противоположном конце звукопровода крепится акустический поглотитель (8). Линза ЛЗ фокусирует дифрагированное модулятором лазерное излучение на многоэлементный фотоприемник (линейка из большого числа фотодиодов или ПЗС линейка). Сигнал, снимаемый с каждого элемента ПЗС или фотодиодной линейки, соответствует определенной спектральной составляющей входного сигнала. Акустооптические анализаторы работают в диапазоне от сотен МГц до единиц ГГц. Верхняя граница работы анализатора ограничивается большим затуханием акустических волн в звукопроводе модулятора. Они используются в радиоастрономии, спутниковых системах связи. Радиосигналы с приемной антенны вначале усиливаются, затем подаются на конвертер, который сдвигает их по частоте в рабочий диапазон акустооптического анализатора.

На основе акустооптических взаимодействий создаются и другие устройства такие, как перестраиваемые акустооптические фильтры, акустооптические корреляторы и др.

Глава 2. Влияние параметров отдельных блоков на характеристики акустооптических анализаторов спектра -с пространственным интегрированием

2.1. ПРИМЕНЕНИЕ МНОГОКАНАЛЬНОГО АКУСТООПТИЧЕСКОГО МОДУЛЯТОРА ДЛЯ ПОВЫШЕНИЯ РАЗРЕШАЮЩЕА СПОСОБНОСТИ

В акустооптических устройствах длительность обрабатываемых сигналов, как правило, зависит от апертуры АОМ. Однако ее размеры ограничены затуханием и дифракционной расходпмостью акустических волн. Для устранения влияния этих факторов прибегают к различным приемам. Например, для компенсации затухания предлагается использовать АОМ, состоящий из отдельных СЗП с входным и выходным ПП у каждого. Между выходным ПП одного СЗП и входным ПП последующего включается компенсирующий электронный усилитель с требуемыми АЧХ и ФЧХ. При этом составные части АОМ выстраиваются в одну линию так, что размер его апертуры увеличивается в сооветствующее число раз. Недостатком предложенного способа увеличения апертуры АОМ, а следовательно, и повышения на этой основе резрешающей способности АСПИ является необходимость использования оптических объективов большого диаметра. Кроме того, эдесь не удается осуществить плотную стыковку отдельных СЗП,. что приводит к искажениям выходного сигнала. Устранение влияния дифракционной расходимости возможно за счет применения волноводных АОМ, предложенных авторами, или упругой анизотропии вектора лучевой скорости в некоторых монокристаллах. Тем не менее следует заметить, что создание высокочастотного широкополосного одноканальноrо АОМ с апертуро·й,. соответствующей длительности обрабатываемого сигнала: около 100 мкс, крайне затруднительно.

В то же время в радиоэлектронике имеются задачи, для решения которых необходимо осуществить спектральный анализ радиосигналов длительностью до единиц микросекунд и более или получить разрешающую способность в единицы килогерц. В таких случаях возможно применение временной компенсации. Однако это не всегда допустимо. Весьма перспективной представляется идея использования пространственной многоканальности для увеличения длительности обрабатываемых сигналов. Это предложение выдвигалось, например, в применительно к корреляционному анализу. Например указывалось на возможность использования многоканального АОМ в АСПИ и с повышенным разрешением. Также опубликованы результаты некоторых теоретических исследований этого устройства.

Структурная схема АСПИ с повышенным разрешением на основе многоканального АОМ показана на рисунке.

Р
исунок 2.1. Структурная схема АСПИ с повышенным разрешением

Здесь каждый канал модулятора подключен ко входу устройства через линии задержки. Время задержки в этих линиях. выбирается равным времени пробега акустической волны по апертуре D одного канала. Через время NT, где N- число -каналов, T=D/v, обрабатываемый сигнал заполнит всю эквивалентную апертуру D_э = ND.

2.2. Влияние параметров отдельных блоков на характеристики акустооптических анализаторов спектра с пространственным интегрированием

Одним из путей улучшения технических характеристик АОУ об­работки радиосигналов является применение в них полупроводниковых лазеров, излучение которых нельзя считать монохроматическим. Кроме того, в ряде применений в таких устройствах целесообразно использовать импульсный режим работы источника света. При описании работы акустооптических устройств ,с немонхроматическими источниками светового излучения уже нельзя пользоваться полученными ранее соотношениями для интеграла суперпозиции и аппаратной функции.

В работах по оптической обработке информации определены системные характеристики: импульсные реакции и комплексные коэффициенты передачи основных блоков оптических процессоров: фурье-линз, слоев свободного пространства, статического пространственного модулятора. Особенностью рассматриваемых здесь устройств является то, что обрабатываемый радиосигнал вводится в оптическую систему с помощью динамического транспаранта АОМ. Этот модулятор при использовании его в АСПИ можно рассматривать как оптический каскад (блок) с двумя входами и одним выходом. Первым входом этого каскада является оптический вход, на котором действует световая волна, падающая на модулятор под углом θ_j. Наиболее часто в акустооптических устройствах обработки радиосигналов в качестве источника света используются газовый лазер и расширитель лазерного пучка, формирующие плоскую монохроматическую световую волну

Вывод

По изученному материалу можно сделать вывод, что использование рентгеновских лучей стало спасением множества человеческих жизней. Рентген помогает не только своевременно диагностировать заболевание, методики лечения с применением лучевой терапии избавляют больных от различных патологий, начиная с гиперфункции щитовидной железы и заканчивая злокачественными опухолями костных тканей.

Список литературных источников

• 
  Оптические устройства в радиотехнике / Под ред. В.Н. Ушакова – М.: Радиотехника», 2005.;
  
• 
  Дудкин В.И., Пахомов Л.Н. Квантовая Электроника. Приборы и их Применение
  
• 
  Оптическая обработка радиосигналов в реальном времени О.Б. Гусев, С.В. Кулаков, Б.П. Разживин, Д.В. Тигин; Под ред. С.В. Кулакова – М.: Радио и связь, 1989. – 136 с.: ил.
  

Приложение 1. Рентгеновская трубка.