Акустооптические устройства и их применение - Магдич Л.Н.
Скачать (прямая ссылка):
Рис. 5.4. Схема пространственного модулятора с нескомпен-сированным изменением фазы звуковой волны
ственным недостатком является то, что при каждом отражении изменение фазы звуковой волны остается нескомпенсированным. Это обстоятельство должно уменьшить выходной сигнал, особенно при вычислении свертки сигналов с дискретной фазовой манипуляцией. Материалом для процессора в режиме Рамана - Ната обычно служит плавленый кварц, из которого можно получать большие образцы с хорошим оптическим качеством.
5.4. Динамический диапазон
Динамический диапазон определяется как область изменения уровня входного сигнала, в пределах которой пропорционально меняется уровень выходного сигнала. Снизу эта область ограничена собственными шумами устройства. Основной источник шумов - фоновая засветка, связанная с рассеянием непродифрагированного излучения различными дефектами обработки оптической системы, внутренними неоднородностями стекла. Например, мерой, уменьшающей фон, является отказ от склеек в формирующей оптике. Использование плавленого кварца в пространственном модуляторе процессора в значительной степени обусловлено его превосходными оптическими качествами.
В работе [55] уровень оптического шума, связанного с формирующей системой, оценивается величиной -50 дБ по отношению
90
к мощности источника света. С другой стороны, уровень исследуемого сигнала не может быть слишком большим, потому что иначе величина дифрагированного поля не была бы пропорциональна изменению фазы. Кроме того, при увеличении акустической мощности возникают дополнительные помехи, связанные с перекачкой света из второго порядка первого модулятора в первый порядок второго модулятора. Величина этой помехи определяется выражением [/1(г|>)/2(г|>)]2.
Рис. 5.5. Формирование динамического диапазона процессора при уровне оптического шума -50 дБ.
(/оЛ)2 - уровень сигнала; (/i/2)2 - уровень перекрестного шума
На рис. 5.5 приведен график, иллюстрирующий формирование динамического диапазона процессора с учетом этих источников шума. Из графика видно, что при оптимально выбранной величине исследуемого сигнала, динамический диапазон акустооптического процессора не превышает 35 дБ. Все сказанное выше относится к процессорам с когерентным детектированием. У некогерентных процессоров величина выходного сигнала пропорциональна произведению эффективностей каждого модулятора. Поскольку для обеспечения интенсивности эти эффективности не должны превышать 10% от величины падающего света, сигнал на входе фотоприемника на один-два порядка будет меньше, чем в случае когерентного процессора. Соответственно меньшим должен быть и динамический диапазон процессора.
5.5. Режим Брэгга
В высокочастотных процессорах используется только излучение, дифрагировавшее в первый порядок, а свет в каждом из модуляторов распространяется под углом {Зрэгга к фронту акустической волны, Н& шсокой ча-
91
стоте звук в стекле испытывает большое затухание, поэтому звукопровод обычно изготавливается из кристаллического материала. Поскольку высокое оптическое качество в кристаллах на большой апертуре недостижимо, процессоры в режиме Брэгга имеют времена обработки сигнала не более 10 мкс. Режим детектирования может быть как когерентным, так и некогерентным (рис. 5.6).
Рис. 5.6. Схемы процессоров в режиме Брэгга:
а - с когерентным детектированием; б -с некогерентным детектированием; / - акустооптическая ячейка; 2 - линза; 3 - диафрагма; 4 - фотоприемник
В некогерентном процессоре свет, непродифрагкро-вавший в первом модуляторе, во второй модулятор не попадает. Фильтрация дифрагированного излучения осуществляется с помощью маски (рис. 5.6,6). Интенсивность излучения, дифрагированного первым модулятором, пропорциональна |g(^-x/v) |2, интенсивность излучения, продифрагированная вторым модулятором, пропорциональна |g(^-x/v) |2|r(t + x/v) |2. Фотоприемник интегрирует интенсивность света по координате, его ток:
*'ф~ J I g (* - x/v) I21Г (/ + x/v) j2dx. '
6
Отсюда видно, что некогерентный процессор производит свертку квадратов амплитуд сигналов. Их фазы при такой обработке, конечно, теряются.
Высокочастотные процессоры за счет более широкой полосы частот могут обеспечивать примерно такую же величину ГА/, что и низкочастотные, однако для радиолокационных применений - основной области использования- необходимы большие времена обработки до
92
100 мкс. Поэтому работы по высокочастотным процессорам носят, в основном, исследовательский характер - проверяются принципы работы, различные вещества и конструктивные решения. Параметры некоторых таких процессоров приводятся в табл. 5.1. К настоящему мо-
Таблица 5.1
араметры некоторых высокочастотных процессоров
Несущая частота, МГц Полоса частот, МГц Время обработки, мкс Динамический диапазон, дБ Материал Литература
1000 300 2 LiNb03 [55]
110 50 7,5 10 РЬМо04 [591
1560 64 0,25 12 А1203 (сапфир) [55J
30 7 Тяжелый флинт [60]
менту ситуация должна измениться, так как появление парателлурита, обладающего очень низкой скоростью звука, позволяет на небольшой линейной апертуре (длина звукового пути 2 см) получать времена обработки до 30 мкс. Режим Брэгга для модулятора на парателлу-рите реализуется уже на частотах порядка 40-60 МГц. Такие процессоры, обладая совокупностью параметров, близкой к параметрам процессоров, работающих в режиме Рамана - Ната, имели бы следующие преимущества: простую, однородную геометрию и небольшие размеры, динамический диапазон, не ограниченный шумом комбинационных порядков.
