Акустооптический фазовращатель

 

1. АКУСТООПТИЧЕСКИЙ ФАЗОВРА ЩАТЕЛЬ, содержащий последовательно размещенные на общей оптической оси квантовый генератор, ультразвуковой Модулятор света, состоящий из звукопровода с расположенным на его торце пьезоэлектрическим преобразователем, электрический выход которого соедине с входными клеммами фазовращателя, оптическую маску, первый фотоприемник , выход которого соединен с входом первого полосового фильтра, выход которого соединен с первьп.;и выходными клеммами фазовращателя, о т л ич а ю -щ и и с я тем, что, с целью расширения рабочего диапазона частот, в него введены второй полосовой, фильтр и второй фотоприемник, выход которого соединен с входом второго полосового фильтра, выход которого соединен с вторыми выходными клеммами фазовращателя, причем второй фотоприемник смещен относительно общей оптической оси и продольной оси ультразвукового модулятора света на расстояние , определяемое формулой . : л., где AV --требуемый фазовьй сдвиг между напряжениями на пер- § вых и вторых виходных клеммах фазовращателя, cf - длина элемента пьезоэлектрического преобразователя. Sufffft.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН

3{у) Н 03 Н 7/18

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕН

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ фyy1 л, 4 д = дьЧ, 1

2»

CkO (21) 3521332/40-23 (22) 09.12.82 (46) 07.07.84. Бюл. В 25 (72) B.Í. Ушаков и Г.Е. Пащенко (71) Ленинградский ордена Ленина электротехнический институт им. В.И. Ульянова .(Ленина) 53) 621.374.55(088.8) (56) 1."Зарубежная радиоэлектроника", 1970, Ф 15, с. 22-37.

2. Труды учебных институтов связи. Автоматическая коммутация и телефония. M.. 1978, с. 126-131 (прототип) . (54) (57) 1. АКУСТООПТИЧЕСКИЙ ФАЗОВРАЩАТЕЛЬ, содержащий последовательно размещенные на общей оптической оси квантовый генератор, ультразвуковой модулятор света, состоящий из звукопровода с расположенным на его торце пьезоэлектрическим преобразователем, электрический выход которого соединен .с входными клеммами фазовращателя, ойтическую маску, первый фотоприем„„SU„„.1 102021 ник, выход которого соединен с входом первого полосового фильтра, выход которого соединен с первьв.и выходными клеммами фазовращателя, о т л ич а ю .шийся тем, что, с целью расширения рабочего диапазона частот, в него введены второй полосовой. фильтр и второй фотоприемник, выход которого соединен с входом второго полосового фильтра, выход которого соединен с вторыми выходными клеммами фазовращателя, причем второй фотоприемник смещен относительно общей оптической оси и продольной оси ультразвукового модулятора света на расстоФ якие, определяемое формулой Я где dV †.требуемый фазовый сдвиг между напряжениями на первых и вторых вв ходных клем- мах фазовращателя, 8 — длина элемента пьезоэлектрического йреобраэователя. ди И j

1102021

Т(х)=а+Ь X.cosa> x; !

2. Фазовращатель по п. 1, о т л ич а ю шийся тем, что пьезоэлектрический преобразователь выполнен в виде ступенчатой фазированной решетки.

3. Фазовращатель по п. 1,. о т л ич а ю шийся тем, что распределение прозрачных участков оптической маски по оси х и у описывается соотношениями

Изобретение относится к области. акустоэлектроники и предназначено для использования в радиотехнических устройствах различного назначения, в частности в устройствах обработки

5 радиосигналов.

Известны акустооптические (лазерно-акустические) фазовращатели, в которых входное напряжение преобразуется в акустическую волну, акусти" ческая волна задерживается в материале звукопровода, а затем преобразуется в выходное электрическое напряжение путем считывания лазерным лучом (1 3. . l5

Недостатком этого устройства является ограниченный рабочий диапа,.зон частот.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является акустический фазовращатель, содержащий последовательно размещенные на общей оптической оси квантовый генератор (лазер), ультразвуковой модулятор света, пьезопреобразователь которого служит входом линии задержки, оптическую маску, а также фотоприемник, соединенный с полосовым фильтром, выход которого служит выходом .линии задержки (2 7, Недостатком этого фазовращателя является также ограниченный рабочий диапазон частот, обусловленный тем, что вследствие постоянства величины времени задержки при изменении частоты будет происходить пропорциональное изменение фазового сидвига между входным и выходным сигналами, что позволяет получить фиксированную величину фазового сдвига лишь на одной определенной частоте, и ширина

40(Т (s) = a =const где а и Ь вЂ” численные коэффициенты; . — частоты гармонических х; составляющих вдоль .осиХ

n — общее число гармонических составляющих вдоль оси)(, .

2 полосы рабочих частот фазовращателя очень ограничена, практически стре- . мится к нулю.

Цель изобретения — расширение рабочего диапазона частот акустического фазовращателя.

Поставленная цель достигается тем, что в акустический фазовращатель, содержащий последовательно размещенные на общей оптической оси квантовый генератор, ультразвуковой модулятор света, состоящий из звукопровода с расположенным на его торце пьезоэлектрическим преобразователем, электрический выход которого соединен с входными клеммами фазовращателя, оптическую маску, первый фотоприемник, выход которого соединен с входом первого полосового фильтра, выход которого соединен с первыми выходными клеммами фазовращателя, введены второй полосовой фильтр и второй фотоприемник, выход которого соединен с входом второго полосового фильтра, выход которого соединен с втарыми выходными клеммами фазовращателя, причем второй фотоприемник смещен относительно общей оптической оси и продольной оси ультразвукового модулятора света на расстояние, определяемой формулой

Т

277 где и — требуемый фазовый сдвиг между напряжениями на первых и вторых выходных клеммах фазовращателя, d — длина элемента пьезоэлектрического преобразователя.

Пьезоэлектрический преобразователь выполнен в виде ступенчатой фазированной решетки.

Т(з) =а = const

8 3 sin8

Ч где йз- расстояние между центрами фотоприемников 6 и 7 по оси;

И вЂ” угол наклона поверхностей равных фаз акустической волны к оси у на частоте;

Ч вЂ” скорость акустической волны

30 в звукопроводе 3 ультразвукового модулятора света 2.

Этому времени относительной задержки соответствует фазовый сдвиг между выходными напряжениями: дМ= К уз. Е, э 11Ого

Распределение прозрачных участков оптической маски по оси К и описывается соотношениями

tl Г(к1 =. a+ b X cos urx x;

1.=1 где а и Ь вЂ” численные коэффициенты, о — частоты гармонических х,., 1О составляющих вдоль оси Х, n — общее число гармонических составляющих вдоль оси Х .

Создаваемый фазовращателем фазовый сдвиг возникает между напряже-.

15 ниями на первых и вторых выходных клеммах за счет взаимного разнесения фотоприемников и расположения ступенчатой фазированной решетки, которая создает акустическую волну с

20 фронтом, наклоненным относительно направления разнесения фотоприемников. Постоянство величины этого фазового сдвига в широком частотном диапазоне обеспечивается автоматическим изменением угла наклона фронта акустической волны при изменении частоты входного напряжения в силу свойств ступенчатой фазированной решетки.

На чертеже представлена схема акустического фазовращателя °

Фазовращатель содержит квантовый генератор 1, ультразвуковой модулятор 2 света, звукопровод З,пьезо- 35 электрический преобразователь 4„ оптическую маску 5, фотоприемники 6 и 7, полосовые фильтры 8 и 9, причем фазовращатель является электрическим входом пьезоэлектрического пре- 40 образователя 4, а выходами. — выходы .полосовых фильтров 8 и 9.

Акустический фазовращатель рабо- . тает следующим образом.

Входное гармоническое напряжение 45

1.0 (Ц = CO S (Lut + 9 ) с начальной. фазой Чз„ и частотой ю

F поступает на пьезоэлектрический преобразователь — ступенчатую фазиро-И ванную решетку 4, возбуждая в звукопроводе 3 бегущую акустическую волну.

Расположение ступенчатой фазированной решетки 4 таково, что акустическая волна распространяется под не- . 55 которым углом к оси, и поверхности равных фаз этой волны составляют такой же угол к вертикальной оси . .

21: 4

Луч света от квантового генератора

1 претерпевает дифракцию сначала на акустнческой волне, а затем на оптической маске 5, расположенной в непосредственной близости от звукопровода 3. Очевидно, на выходах обоих фотоприемников 6 и 7 будут присутствовать гармонические напряжения, повторяющие по форме входное, но задержанные относительно него на время распространения волны в звукопроводе 3 от его начала до соответствующего фотоприемника 6. Причем вследствие наклона поверхностей равных фаз акустической волны (волновых фронтов) относительно вертикальной оси, эти поверхности равных фаэ будут "добегать" до одного as фотоприемников позже, чем до другого на время (В1 где К = — волновое число ультразвука.

Ч

При изменении частоты входного напряжения, если бы угол наклона 9 оставался неизменным, фазовый сдвиг между выходными напряжениями изменялся бы согласно последней формуле, пропорционально частоте. Для поддержания постоянного фазового сдвига необходимо изменять синус угла наклона обратно пропорционально частоте

Именно такой закон изменения угла наклона акустической волны имеет применяемый пьезоэлектрический преобразователь 4 на ступенчатой фазированной решетке:: где 0 - длина элемента решетки.

1.1 02021

Составитель В. Орлов

Редактор Н. Яцола Техред C.Èèãóíîâà Корректор Г. Решетник

Заказ 4782/43 Тираж 862 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул.. Проектная, 4

Очевидно, что в фазовращателе фазовый сдвиг между выходными напряжениями не зависит от частоты входного напряжения и определяется только его конструктивными параметрами. Зная величину d, легко подсчитать расстояние Ь между центрами фотоприемников

6 и 7 для получения требуемого фазо. вого сдвига д 9:

1 м= 0аМ °

2 15

Таким образом, при подаче на вход фазовращателя гармонического напряжения, на первый и вторых его выход-, ных клеммах появятся напряжения, повторякпцие по форме входное. При изменении частоты входного напряжения фазовые сдвиги между ними и выходными напряжениями, обусловленные задержкой распространения ультразвука от начала звукопровода 3 до фотоприемников 6 и 7 будут изменяться, фазовый же сдвиг между выходными напряжениями, обусловленный наклоном акустической волны и разнесением фотоприемников 6 и 7 по оси будет постоянен при любом изменении часто- . ты входного напряжения в пределах полосы рабочих частот. Зто позволяет применить фазовращатель в схемах квадратурной корреляционной обработки радиосигналов с целью обеспечения квадратурй между каналами при перестройке частоты опорного колебания и в схемах частотнонезависимой демодуляции.

Рабочий диапазон частот фазовращателя определяется полосой частот пьезоэлектрического преобразователя

4, а также количеством гармонических составляющих, записанных в виде функции прозрачности на оптическую маску 5. В целом, реально достижимая ширина рабочего диапазона составляет более 307. Как отмечалось, ширина полосы рабочих частот прототипа составляет 1Ж при обеспечении фазового сдвига с отклонением в iX от требуемого значения. Поэтому применение данного изобретения позволит расширить полосу фазовращателя более чем в 30 раз.