415601

415601 Союз Советских Социалистических РеспубликЗависимое от авт. свидетельстваб 01 г 23/ Гасударствеииьй комитет Савва Мииистрав СССР аа делам иааарееиий и открытийоритет иковацо 15. 1,197 г. ллетень21.317.757 (088,8) гАвторызобретеция Круковски 1ифоров и А иневич П. Кас Заявите 20 Заявлено 27.Х.1971 ( 17 с присоединением заявки11 ата Оп;б,Н 1;Овзня опцсдц В. В. Садовский, К. Б.А. М, Решетников, Л. Л, Ни ОГЕРЕТНЫЙ АНАЛИЗАТ Изобретение относится к вычислительной технике и может быль использовано для определения ко.;плексцых спектров разнообразных сигналов.Электронные анализаторы комплексного 5 спектра представляют собой сложные и дорогие устройства, имеют невысокую точность и поэтому распространения не получили. Когерентные анализаоры спектра отличаОтея простотой, но не обеспечивают получения комп лексного спектра. С их помощью определяют ТОЛЬКО СПЕКТР ЪОЩЦОСТИ.Поэтому цель изобретения заключается в устрацеццц недостатков электронных анализаторов комплексного спектра, а именно В 1 упрощеции коцстру 1;цип и повышении точности анализа, а тдкх:е в усовершенствовании когерептных электронно-оптичес 1;их анализаторов спектра, заключаощемся в одновременном получении спектра фаз и спектра мощности в реальном мдсштабе времени, т. е. в получении комплексного спектра по мере поступленил сигнала.Поставленная цель достигается тем, что в когерентцом электроно-оптическом анализа торе спектра только в одну из полуплоскостей прострдцственцых частот через полуволновую фазовую пластинку вводится опорный световой пучок; соответствующими фотоприемниками и)Оизводится считывание пространственно ОМПЛЕКСНОГО СПЕКТ го расцр деления света одновременно в каждоц из полуплоскостей пространственных частот; далее осу 1 цествляетсл электронная обработка выходцы; сигналов фотоприемников.Существенно новым в предложенном устр 01 стве 1 Вллетсл п 1)цменец 1 ге Опорного пу 1 ка только;Ля Од 10 й полуплоскости пространственных;дстот ц подача его через полуволцовую фдзовую пластинку, одновременное считывание цвострднствеццого рдспределецця света дв, )1 л ф 010 п 1)ие)1 цикамп, расположенными В разных полуплоскостях пространственных частот.",казанные призцаки обеспечивают полу 1 еНе В когерентцох анализаторе спектра одцогрс. ецио спектра фаз ц спектра мощности, т. е. полу чецие КО)1 плексцого спектра. Прц этом используется голографический способ определения фдзового распределения светд.СтруктурГдл схема устройства приведена на чере:11 е, на котором цзоорджены: псточник 1 кОГерец 11 ОГО свеа, коллимдтор 2, полупрозрачное зеркало 3, непрозрачные зеркала 4, 5 Входной транспарант (исследуе)ый сигнал) 6, непрозрачный экран 7, полупрозрачное зеркало 8, и 11 тегрцруощдя цилиндрическая линза 9, полуволцовдл фдзовая пластинка 10, фотоприемники 11, 12, блок вычита)шя 13, блок деления 14, блоки 15, 16 извлечения квадратного корня, блок произведения 17, вспомогательная линза 18.На оптической оси устройства последовательно расположены источник 1 когерентцого света, коллцматор 2, полупрозрачное зеркало 3, входной транспарант 6, полупрозрачное зеркало 8, цилиндрическая линза 9, В выхол- ПОЙ фокдльнОЙ плоскости лицзь 9, пнде называемой плоскостью прострдцствевных частот, симметрцчно оптической оси ус)ройствг расположены фотоприемники 11 н 12, а в олной нз полуплоскостец - полуволновдя фдзовая пластинка 10,Входной транспарант 6 установлен в передней фокальной плоскости линзы 9. Световой пучок, отраженный от полупрозрачного зеркала 3, последовательно отражается от зеркал 4 ц 5, прохолнт вспомогательную линзу 18 ц пдлдст нд полупрозрач)Ое зеркало 8. Нд пути распространения пучка светя от зеркала 5 к зеркалу 8 установлен непрозрачный экран 7, нс пропускающий свет на одну нз но;овнн зеркала 8.Выходы фотоприемников 11 и 12 сосдшсны с блОкОм Ви Яия 13, ВыхолцОЙ сцГцдл (О- торого подан нд блок дсления 14. Нд второй вход блока деления 14 последовательно через блок извлечения квадратного корня 15 и блок произведения 17 подан сигВл фотоприсмнцка 11.На блок вычитания 13 подан сигнал Л. Этот жс сигнал последовательно через блок извлечения квадратного корня 16 и блок произведения 17 полян нд блок деления 14.Работает устройство следующим образом.Точсчньй или щелсвой источник 1 когсрснтного света излучает узкий пучок когерснтного света, который рдспшрястся до требуемого поперечного сечения коллиматором 2. 1(Оллимировапный пучок света последовательно проходит полупрозрачное зеркало 3, входной транспдрацт 6 и полупрозрачное зеркало 8. Полупрозрачное зеркало 3 установлено таким образом, что часть света от него отражается, Отраженный пуок сВета послелОВательцо Отражается От зеркал 4 и 5 и падает цд вспомогательную линзу 18, которая фокусирует лучи в точку. Далее сфокуснровднный пучок преобразуется в сферически расходящийся световой пучок, который падает ца полупрозрачное зеркало 8. Нд пути рдсгростр 1- нения пучка свеи от линзы 18 к зеркалу 8 установлен непрозрачный экран, не пропускающий свет нд одну нз половиц зеркала 8.Зеркало 8 установлено таким обрдзом, что отраженные от него лучи лежат ниже оптической оси О - О устройства 1. Этц лучи назовем опорным пучком А.Фокуснос расстоянцс вспомогательной линзы 18 и се расстояние до оптической оси О - О выбраны с учетом фокусного расстояния линзы 9 таким Ооразом, чтобы в плоскости пространственных частот лнпзы 9 формировалась плоская опорная волна. Таким об 50 У(Л) = А+А(Х)+ 2 А,А,(Л") сов ; (Х) + р,где А - интенсивность опорного пучка;А 2,Х) - интснснвность света в выходной фокальной плоскости, пропорцнональная спектру мощноеи нсслелуемого сигнала; гр(Х) - фазовос рдспрслслсннс света в вы- ХОЛНО) фОКЛ 1 ЦОЙ ПЛОСКОСТИ ЛННЗЬ, соопссвующсс фдзовому спектру исследусъОГО сцГНла, (ро - фдзд опорного пучка. 60 Фаза опорного пучка является величинойпостоянной, из лальнейшего рассмотрения ее 65 можно исключить, приняв ср,=О,разом лизд 9 г)в:яется коллцхдОро Опорного пучка.Дл создания укяздццОГО ОпОр НОГО пучкатребуется такое пространсгвенцос рдсположс цие зеркал 3, 4, 5 ц 8, которое показано начертеже.Входной транспарант 6 представляет собойодномерную запись исследуемого сигнала.Запись сигнала процзведецд вдоль осц Х 10 транспаранта.илп)лрцческд линза 9 выполняет одномерное преобразование Фурье сигнала, записанного на транспаранте 6.В выходной фокдльной плоскости линзы 9 (плоскость г)ространственцы. частот) распре деление интенсивности света А 2(Х) соответствует спектру мощности пространственных частот исследуемого сигнала.Если входной сигнал усгдНПлен в переднемфокусс лцнзы, то рдснрсдслснцс цнгсцсивцо сти света в выходной фокдльной плоскостиэтОЙ . ицзь соовс сВуссцск ру моцности, д фдзовос распределение света сооВстствуст фазовому спектру Исследуемого сигнала, которьш необ:(одимо определить. Элементы 1, 2, 25 6 н 9 представляют собой известный когерецтный односг)ньй анализатор спектра. Элементы 3, 4, 5, 7, 8 ц 8 предназначены лля формнровдння плоского опорного пучка в одной цз полуплоскостсй прострднспснцых частот.30 1(дк известно, распределение интенсивностисвета в выходцоц фок)льцои Плоскости Л(Х) линзы 9 симметрично опосцтсльно оптической Осц О - О. Слсловд)сНцо, иц(1)орх)ця О спектре частот солср(ис и одцоЙ нз Олу плоскостей выходной фокальцой плоскостиВ нацсм случдс, В полуплоскостц, лежапсЙ выше илн нцже оптической осн О - О).1(як видно нз чертежа, за счет действия непрозрачного экрдцд 7 опорный пучок вводится 40 в одну из полуплоскостсй устройсгвд в цаШСМ СЛУЧДС, Ннкно)О).Так как опорный пучок имеет плоскийфронт Волны и обеспечцвдстся нормальное его падение на плоскость пространственцых ча стот, то лля суммарного распределения интенсивностп света У(Х) в той полуплоскости, где происходит интерференция основного и опорного пучков, можно записатьПоэтому для фазового спектра сигнала сс(Х) из (1) получаем( ) А "2( ) соя р (Х)- , (2)2 А, А,(Х)Из выражения (2) видно, что для определения косинуса фазового спектра необходимо измерить величины 1(Х), Л, А 22(Х), А, А,(Х) и произвести вычисления по формуле (2).Устройство, изображенное ца чертеже, обеспечивает одновремеццое независимое измерение указаццьх вели 115 в любой точке плоскости пространственных частот и вычисление по формуле (2) следующим образом,Фотоприемцик 11 расположец в той полуглоскости прострацствепцых частот, где отсутствует опорный пучок. Поэтому его выходцой сигнал пропорционален спектру мо 1 цноси исследуемого сигнала ца дяццой частоте /5(с 2, т. е. величине Л 2(Х). Скацпроваццем фотоэлемента 11 в данной полуплоскостц обеспечивается измерением спектра мощности в необходимом диапазоне частот.Для опрсдслеци величины А,(Х) выходной сигнал фотоприемника 11 подается ца блок извлечения квадратного корпя 15.Так кяк фазы спекряльцых сост ВЛ 10 цсих В одной полуплоскости пространственных частот поверцупя ца 180 относительно (комплексно сопряяссцы) спек)ряльных составляющих второй полуплоскости прострянствеццых частот зеркала 8, то для обсспсчеыя сицфазности спектральных составляющих между двумя полуплоскостями прострацствеццых ча. стот примсцсца полуволцовая фязовяя пластицка 10. Оца установлена непосредственно перед той полуплоскостцо простряцствеццых частот, в которую вводится опорцьш пучок.При отсутствии фазовой пластинки 10 в этой полуплоскости (нижней) за счет взаимодействия двух световых пучков (осповного и опорцого) образуется ицтерферецциоццяя картина. При введении фазовой пласпшки 1 О ицтерференциоццая картина меняется и соответствует той, которая существовала бы в верхней полуплоскости, если бы в цее был введен опорный пучок,Фотоприемцик 12, установленный симметричной фотоприемнику 11 (т. е, на той жс пространственной частоте), производит считываниее ицтерферепциоцной картины, т. с. ца его выходе образуется сигнал, пропорциональный У(Х). Этот сигнал подается на блок вычитания 13.На блок 13 одновременно подаотс сигналы У(Х), А 22(Х) и А. Величина А, является величицой постоянной и может представлять собой напряжение (или ток), пропорциоцальцос ицтсцсивцости опорного пучка. На выходе блока 13 образуется сигнал, пропорциоцяльный числителю выражения (2).2Сигнал Лс помощью блока извлечения квадратного корня 1 б преобразуется в сигнал А, и подается ца блок произведепия 17, навторой вход которого подан из блока 15 сигцял А 2(Х). 1 ки) образом, ня выходе блока 17 образусгс зцямсятсль выражения (2).Блок дслсция 1-1 осуществляет деление выходного сигнала блок 1 3 (числитель выражения 2) ца выхо:спой сигнал блока 17 (зцамецатель выражения 2). Постоянный коэффициент 2 в знаменателе выражения (2) может быть учтец как соответствующий коэффициецт передачи блока 1.Таким образом, ця выходе блока 17 одновременно с в 1 ходць 1) сигналом фотоприемника 11 (спектр мощцости) образуется сигцал, пропорциоцальцый фазовому спектру исследуемого сигнала с (св).В прсдложс:шом устройстве информация о спектре )10 Пцости цзвлекястся из ОдцОЙ полуплоскостп Срос) рпствсццых частот одцовре. меццо с информцией о спектре фяз, извлекяехой из ВтОрОЙ полуцлоскосц.Так ск сцс.ктр цсслсд)е)ОГО сцГПл и Выходцой фО ,1 ЬИОЙ ПЛОскОсти полуС) с 51 пр,ктически )Г)Всцс (со скоростцо светя), то прсдлояссцнос ус)ройство обеспечивает опрсделсццс кО.ИЗскс 1 ОГО спс 10 р В реял ьцОЫ масштабе Врсмсци. Дл 51 этой цели в качестве входного трнспяряцтя целссообрзцо использовать устройсв, прсобрзующис Временной сигцал в прострцствснцый без существенной здержк 1 ВО Врс)сцц, Ипример, ультразвуковой )1 улс 11)р свет, я с)место двух сканирующих фотоирисмиков использовть, например, две мя рицы фотопрцсмциков, расположенные в разных полуплоскостях выходной фокальцой плоскости. Предмет изос) рстсии 40 45 50 55 60 65 5 10 15 20 25 30 35 Когерсц.цы цялизатор комплексного спектра, содержящш источник когсрсцтцого сВетя, коллимятйр, Входцой трацсп:ряцт, ицтегрирующую оппку и первый фотоприемцик, установленный в полуплоскости пространственных частот, отличяющийсч тем, что, с целью одновременного измсрсция спектра фаз и спек ря )Ощцостц, Оц сцябжсц Олосом формирования когерентцого опорного пучка и цспрозрячцым э 1 сряцоы, Осмцсствл 5 ОпИм ВВОД когерецтцого опорного пучка в одну из полу- плоскостей пространственных частот, полуволновой фазовой пластипкой, которая установлена в той полуплоскосп Простряцствеццых частот, в которую введец когсрсцтьш опор- ыЙ пучок, Вторм фотоприсмцико)1, которьЙ расположен в этой полуилоскости, и блоками Вы 1 итацц, изВл".1 сци 51 квдРт 110 ГО СОРИЯ ц умножения, причс) выхол, первого фотоприемника соединен о.Иовремсццо с одним пз входов схемы вьнць ни и первым бтоком извлсчсци квдР 11 ИОГО КОРПЯ, В 10 РОП вход Олое вычитания соединен с Выходом второго фосоприс)Ицкя, я ВЬ 1 ход Олокя Вычитяци 51 подкс 1 О- чсц к одному из входов блок деления, второй вход которого через блок умножения соединенСоставитель А, Рассмотров ак гор Л, Костпокоаа стрел 3, Тараиенко Корректор А, ДзесоПоаппспоССР пограбив пр. Сапунова,с выходами первого и второго блоков извлечения квад 1 затпого корпя, при этом па вход второго блока извлечения квадратного корня и 3 и и, 1-8,7 1 гл ЦНИИПИ Госуларс по лс Москва, Л. .МОвеппоглам иао)К,третий вход схемы вычитания подан сигнал,пропорциональный интенсивности когерентного опорного пучка,Тп)ьк 65комитета Совета Министрретеппй и открытийаушская аб., д. 4/5