Лазеры сверхкоротких световых импульсов - Херман Й.
Скачать (прямая ссылка):
Экспериментальный образец цифрового ИО-коррелятора, описанный в [184], выполнен на планарном OB на основе ниобата лития и обеспечивает обработку 32-разрядных кодов при быстродействии 32 Мбит/с. Такая ОИС эквивалентна по быстродействию ЭВМ со скоростью обработки около 2-Ю9 элементарных операций в секунду. Поскольку умножение и суммирование выполняются в реальном масштабе времени, то электронные устройства сопряжения с ОИС должны иметь полосу пропускания, соответствующую быстродействию ИО-коррелятора, т. е. 32 Мбит/с. В целом такое устройство обработки сигналов может представлять собой гибридную ОИС, выполненную по интегральной технологии с применением методов фотолитографии (за исключением линз, которые в данном случае можно изготовить интегральным способом). Важным достоинством разработанного ИО-коррелятора цифровых сигналов является то, что при биполярном кодировании функция корреляции представляет собой 32-разрядный сигнал, а взаимная корреляция кода, отличающегося от эталонного только одним разрядом, 30-разрядный сигнал. Это различие несложно определить средствами аналоговой электроники [81].
Рассмотренный ИО-коррелятор называется цифровым потому, что он работает с данными, представленными в цифровой форме, хотя само устройство полностью аналоговое. Другой тип 174 цифрового полностью электрооптического ИО-коррелятора (кон-вольвера) рассмотрен в [185]. Такое устройство, выполненное на планарном OB на основе ниобата лития (см. рис. 7.5), обеспечивает программируемую обработку цифровых данных с максимальным произведением длительности сигнала на полосу частот тА/ «103. Однако экспериментально ИО-коррелятор (конвольвер) такого типа еще не реализован. Другие аналоговые ОИС для обработки аналоговых высокочастотных сигналов, такие, как акусто-оптические пространственно-интегрирующие и время-интегрирую-щие корреляторы и конвольверы, с точки зрения практической реализации разработаны в меньшей степени, хотя потенциально позволяют обеспечить произведение тА/~103 и динамический диапазон свыше 80 дБ [83].
7.5. ИНТЕГРАЛЬНО-ОПТИЧЕСКИЕ АНАЛОГО-ЦИФРОВЫЕ И ЦИФРО-АНАЛОГОВЫЕ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ
Интегрально-оптические АЦП (ИО-АЦП) [76, 80, 83] являются многообещающими устройствами для таких областей применения, как широкополосная связь, радиолокация, радиопротиводействие, где требуется высокая частота дискретизации (примерно IO9 отсчет/с) для преобразования широкополосных аналоговых сигналов- Впервые ИО-АЦП был предложен Г. Тейлором и описан в [186]. В настоящее время разработаны ИО-АЦП различных типов [76, 80, 83, 187]. Наиболее перспективны ИО-АЦП на основе волноводных электрооптических модуляторов интерферометрического типа (интерферометров Маха—¦ Ценд ера).
Схема 4-разрядного электрооптического АЦП на основе волноводных модуляторов типа Маха — Цендера приведена на рис. 7.6. Аналоговый сигнал U (^) подается на матрицу волноводных электрооптических модуляторов, каждый из которых соответствует двоичному разряду преобразователя. Выходные сигналы модулятора воспринимаются фотоприемниками и с помощью быстродействующих электронных компараторов сравниваются с опорным сигналом, поступающим от общего источника оптического излучения. Для каждого разряда генерация бинарного сигнала (единицы или нуля) зависит соответственно от того, превышает выходной сигнал модулятора значение опорного сигнала, которая выбрана равной /0/2 (где /0 — максимальная интенсивность выходного сигнала модулятора), или он меньше ее (рис- 7.6,6). Аналоговый сигнал дискретизируется оптическим методом с помощью последовательности коротких оптических импульсов с требуемой частотой повторения, которые одновременно поступают на модуляторы и в опорный канал.
Цифровое представление аналогового сигнала, показанное на рис. 7.6,6, является кодом Грея, который используется во многих типах АЦП. В этом коде на каждом шаге квантования цифровой
.175 lex
1 '
-ООл—
10 11 IZ
-QOiH-
-QO
-OOtD-^
10 11 12
1T-TLrLTLTL
СЗР
'S) "
Рис. 7.6. Схема 4-разрядного электрооптического АЦП на основе волноводных интерферометров Маха — Цендера (а) и зависимости интенсивности оптического излучения на выходе модуляторов (вверху) и сигнала компараторов (внизу) от амплитуды аналогового сигнала U для различных разрядов (б):
штриховая линия — уровень, соответствующий /а/2; 1 — импульсное лазерное излучение; 2 — подложка с ОИС; 3—6 — модуляторы МЗР, ПЗР, ВЗР н СЗР соответственно; 7 — оптический опорный сигнал; 8 — сигнальные электроды; 9 — электроды смещения; 10— фотодетектор; H — усилитель; 12 — компаратор; 13 — усилитель входного аналогового сигнала
сигнал меняется только в одном разряде, следовательно, малые погрешности при переходе от числа к числу не могут привести к накоплению ошибок преобразования на нескольких шагах. В этом случае напряжение Uq, соответствующее шагу квантования, для М-разрядного преобразователя равно половине полуволнового напряжения Um канала младшего значащего разряда (МЗР):
Uq = X d/2 г и п\ Ln , (7.4)
.176 \
где Ln — длина сигнальных электродов в канале МЗР. С ростом значимости разряда значение t/1/2 последовательно увеличивается в 2 раза для каждого последующего разряда, а длина электродов соответственно в 2 раза уменьшается. Таким образом, в общем случае длина сигнальных электродов Ln есть
