Теория и расчет оптико-электронных приборов - Якушенков Ю.Г.
ISBN 5-88439-035-1
Скачать (прямая ссылка):
249 Ю.Г. Якушенков. Теория и расчет оптико-электронных приборов
частот модуляции необходимо использовать малоинерционный источник. Поэтому на практике, как правило, этот способ модуляции при мощных некогерентных источниках не находит применения вследствие большой инерционности сравнительно большого тепа накала таких источников либо большой инерционности блока питания. Глубина модуляции для них невелика, особенно с учетом ее уменьшения по мере роста частоты модуляции. Например, на частоте модуляции 100 Гц глубина модуляции даже у маломощных ламп накаливания не превышает 20%. Некоторые типы газоразрядных ламп позволяют достичь глубины модуляции в 60... 70% для частот в несколько килогерц, но мощность их невелика, а условия эксплуатации порой сложны.
Гораздо более перспективной является модуляция излучения полупроводниковых рекомбинационных излучателей. Для некоторых серийно выпускаемых светодиодов граничная частота, при которой обеспечивается глубина модуляции в 50%, составляет 1...1,5 ГГц. Мощность питания при этом не превышает 1 Вт.
Значительное повышение частот модуляции при большой ее глубине удается получить при использовании лазеров. Модуляцию излучения лазера можно осуществить различными способами, например, изменяя мощность накачки или помещая амплитудный модулятор (электрооптический затвор) внутрь резонатора лазера, т.е. управляя его добротностью, что приводит к амплитудной модуляции излучения. Внутрирезонаторная модуляция реализуется и другими способами [11, 19, 30].
Внесение дополнительных элементов в лазеры усложняет их конструкцию, увеличивает потери излучения. Кроме того, при работе газоразрядных ламп и лазеров в импульсном режиме мощность, переносимая на частоте модуляции, невелика, поскольку длительность импульсов составляет очень малую долю периода их повторения. Следует отметить также нелинейную в общем случае зависимость между напряжением питания источника и амплитудой потока излучения, что иногда создает дополнительные трудности.
Широко используются модуляторы, изменяющие параметры потока на пути от источника к приемнику. К их числу относятся хорошо известные механические модуляторы, основанные на периодическом прерывании потока растром или диафрагмой определенной формы (см. § 9.5). Такими растрами или диафрагмами являются диски или цилиндры с прорезями, заслонки, помещаемые на валы электро- и пнев-модвигателей, на подвижные контакты реле и т.д. При их использовании получают частоты модуляции порядка сотен килогерц; это иногда сопряжено с трудностями, связанными, например, с необходимос-
250 H-
;¦ Глава 9. Модуляция и демодуляция в оптико-электронных приборах
І ТЬЮ иметь двигатель с очень большой частотой вращения и высокока-І явственную оптическую систему, формирующую пучок малого сече-• доя в плоскости растра модулятора. Кроме того, трудно обеспечить j стабильность высоких частот модуляции. Другими недостатками механических модуляторов являются сравнительно небольшой срок ; службы двигателей, реле и прочих электромеханических их элемен-¦ foe, значительные габаритные размеры и масса.
і. Несмотря на это такие модуляторы получили широкое распространение благодаря своим достоинствам: конструктивной простоте, отсутствию искажений оптического спектра, возможности изменения ВДВ регулировки ряда параметров (например, изменением формы и размеров прозрачных и непрозрачных участков можно менять вид модуляции и частоту модулируемых импульсов).
Растровые модуляторы, располагаемые в плоскости изображений приемной оптической системы, часто одновременно выполняют функции пространственного фильтра и анализатора изображений, а это сказывается на выборе их конструктивных параметров, в первую очередь, рисунка растра.
Гораздо более высокие частоты модуляции можно получить с помощью модуляторов, основанных на электрооптических эффектах Kappa и Поккельса, магнитооптическом эффекте Фарадея, акусто-оп-ТИческом эффекте и других физических явлениях. Некоторые из них, зашедшие широкое практическое применение в ОЭП, будут рассмотрены ниже (см. § 9.6).
9.5. Модуляция оптических сигналов с помощью растров
Механическая модуляция оптических сигналов с помощью растров очень широко применяется в практике ОЭП. При этом сравнительно просто осуществляются наиболее распространенные виды модуляции (AM, 4M и фазоимпульсная). Схемы такой модуляции мож-10 разделить на две группы: 1) с перемещением растра относительно Неподвижного изображения; 2) с неподвижным растром-модулятором, Относительно которого перемещается изображение или световой пу-ЧОК.
Если пропускание растра-модулятора описывается действительной функцией а(р,*), где р — радиус-вектор произвольной точки в ВЛоекости растра, t — время, а распределение освещенности в этой ВЛОскости описывается функцией ?(р), то сигнал (поток) на выходе Растра в момент t равен
251 Ю.Г. Якушенков. Теория и расчет оптико-электронных приборов
Ф(*) = jE(p,t)a(p,t)d%, (9.9)
«Р
где Sp — область значений вектора р . Таким образом, при взаимном перемещении растра и изображения происходит превращение «пространственного» оптического сигнала во «временной».
