Оптические волны в кристаллах - Ярив А.
Скачать (прямая ссылка):
Недавно Мергериан с сотр. [19] продемонстрировали работу интегрально-оптического высокочастотного спектр-анализатора, использующего поверхностную акустооптическую брэгговскую ди-
Частотная плоскость
Коллимирующая линза
Линза для
фурье-преобразования
А \—
Лазер
РИС. 10.15. Основная схема акустооптического спектр-анализатора.
Линейка фотодиодов і 430
Глава 5
Частота, МГц б
РИС. 10.16. а — схематическое представление интегрально-оптического спектр-анализатора ВЧ сигнала; 6 — зависимость отклонения направляемой оптической волны от частоты поверхностной звуковой волны [19].
фракцию. На рис. 10.16, а схематически показано устройство этого спектр-анализатора, а на рис. 10.16, б приведена зависимость отклонения светового пучка от частоты ВЧ-сигнала. Спектр-анализатор был изготовлен из х-среза кристалла LiNbO3, с-ось которого Акусгооп гические устройства
431
параллельна направлению звуковой волны. Оптическое излучение было локализовано в тонкой пленке толщиной 280 А, полученной путем диффузии титана. Геодезические линзы представляли собой асферические углубления с круговой симметрией на поверхности тонкопленочного волновода. Наклонные поверхностные акустические волны создавались двумя преобразователями (см. рис. 10.9) и имели полосу 400 МГц с центральной частотой, равной 600 МГц. Эффективность дифракции составляла около 5% при мощности ВЧ-сигнала 60 мВт.
В традиционном спектральном анализе используется гетеродинное сканирование сигнала от узкополосного частотно-избирательного фильтра; при этом информация о различных спектральных составляющих поступает последовательно и слишком медленно для многих практических применений. Использование для спектрального анализа акустооптического взаимодействия позволяет обрабатывать сигналы параллельно и получать все спектральные составляющие одновременно в оптическом виде. Эти методы играют важную роль для обработки сигналов в радарах.
10.5. АКУСТООПТИЧЕСКИЕ КОРРЕЛЯТОРЫ СИГНАЛА
Корреляция между двумя сигналами является одной из наиболее важных характеристик при обработке сигналов радара. Для осуществления корреляции сигналов можно использовать акустооптическое взаимодействие. Рассмотрим акустооптический коррелятор, изображенный на рис. 10.17, в котором входной электрический сигнал (во многих случаях это принимаемый радаром эхо-сигнал) с помощью электроакустического преобразователя кодируется в звуковой волне. Результирующее поле напряжений в брэгговской ячейке дается выражением
где U — частота звука, v — скорость звука, a K = U/v — волновое число. Если на брэгговскую ячейку падает коллимированный световой пучок под углом Брэгга, то дифрагированный свет в случае слабого взаимодействия можно записать в виде
S(x, t) ~ S1 (х - о/)ехр[і(Ш - Kx)],
(10.5.1)
Еа(х) ~ S,(* - vt)ехр[/(to + B)f],
(10.5.2)
где со — частота света. Первые две линзы (а, Ь) в совокупности с диафрагмой действуют как фильтры, которые блокируют недифра- 432
Глава 10
Брэгговская ячейка Апертура
Транспарант
S2(X)I (опорный сигнал)
Отверстие
Фотодетектор
световой Входной сигнал
пучок ,
(принимаемый сигнал)
РИС. 10.17. Схематическое представление акустооптического коррелятора сигналов.
тированный свет. Дифрагированный свет (10.5.2) содержит информацию, закодированную во входном сигнале S1 (/). Действительно, с помощью акустооптического взаимодействия входной сигнал S1(I) оказывается «записанным» на световом пучке. В каждый момент времени через апертуру проходит часть сигнала, закодированного в дифрагированном пучке. Этот дифрагированный световой пучок затем проходит через транспарант, содержащий информацию об опорном сигнале S2 (х). Распределение амплитуды светового пучка сразу за транспарантом дается выражением
Пучок затем фокусируется третьей линзой, расположенной таким образом, чтобы транспарант находился в ее фокальной плоскости. В задней фокальной плоскости линзы находится диафрагма с небольшим отверстием на оптической оси. Поскольку третья линза выполняет преобразование Фурье [20], поле на диафрагме d можно записать в виде
где D — диаметр диафрагмы. Непосредственно за диафрагмой d имеется квадратичный детектор, ток на выходе которого
Ec ~ Sj(x - uf)S2(x)exp[i(w + О)*].
(10.5.3)
(10.5.4)
(10.5.5) Акусгооп гические устройства
433
Следует заметить, что величина тока пропорциональна конечной перекрестной корреляции между S1 и S2.
Ток корреляции на выходе, определяемый выражением (10.5.5), содержит существенное количество информации о сигнале S1(Z), который может быть либо сигналом, принимаемым радаром, либо сигналом в системе связи. В общем случае опорный сигнал S2(Z) обеспечивается приемным устройством и обычно представляет собой сигнал, комплексно-сопряженный S1(Z). В этом случае положение корреляционного пика дает время задержки между сигналами и, следовательно, расстояние до цели. Ширина корреляционного пика обратно пропорциональна ширине полосы Д/1/2 коррелированных сигналов и дается выражением (см. задачу 10.5)
