Способ голографической записи электрических сигналов

(5) 4 ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ АВТОРСКОМУ С СТВУ еУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРДЕЛАН ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ(71) Ленинградский ордена Ленина электротехнический институт нм. В.И.Ульянова (Ленина) (53) 772.99(088,8)(56) 1. Вовк Ю.В. и др, Об одном способе записи голограмм с помощью акустооптического модулятора света "Автометрия", 1976, В 6, с. 95.2, Арм, Кинг. Голографическая запись электрических сигналов, Зарубежная радиоэлектроника. 1970, У 5, с, 37(54)(57) СПОСОБ ГОЛОГРАФИЧЕСКОЙ ЗАПИСИ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СИГНАЛОВ путем преобразования входного сигнала вакустическую волну в ультразвуковоммодуляторе света (УМС), освещенияУМС световым пучком, регистрацииголограммы дифрагированного на акустической волне светового пучка сплоской опорной световой волной,угол падения которой на плоскость ргистрации голограммы непрерывноменяется в течение времени регистрации, о т л и ч а ю щ и й с я тем,что, с целью увеличения эффективности записи, процесс регистрацииначинают с момента входа переднегофронта акустической волны в освещенную световым пучком часть звукопровода УМС и оканчивают моментомвыхода из нее заднего фронта. акустической волны,Изобретение относится к области голографической записи информации и может быть использовано в радиотехнике.Известны способы голографической, записи электрических сигналов, включающее преобразование входного сигнала в акустическую волну в ультразвуковом модуляторе света (УМС),1 О дифракцию светового пучка ня акустической волне и регистрацию дифрагированного светового пучка вместе с опорным пучкомБлижайшим техническим решением к изобретению является способ голографической записи электрических сигналов путем преобразования входного сигнала в акусическую волну, дифракции светового пучка на акустической волне, регистрации, цифрагированного светового пучка с плоской опорной световой волной, угол падения которой на плоскость регист рации голограммы непрерывно меняется в течение. времени регистрации 2Сущность способа записи состоит в преобразовании входного электрического сигналя в акустическую волну, распространяющуюся в направлении х в звукспроводе УМС, дифрак- М ции светового пучка на акустической волне и регистрации дифрагированного светового пучка с использованием плоской опорной световой волны, угол падения которой на плоскость 35 регистрации голограммы непрерывно меняется в течение времени регистрации. Регистрации подвергается световое распределение, представляющее собой Фурье-спектр входного электри ческого сигнала (осью частот является координатная осьв задней фокальной плоскости линзы), Запись голограммы осуществляется, когда входной сигнал полностью вошел в 45 апертуру УМС, так как только тогда в фокальной плоскости линзы формируется Фурье-спектр всего записываемого сигнала, Из-за ограниченной чувствительности регистрирующих го лограмиу фотоматериалов и конечной мощности источников когерентного света голограмму невозможно зарегист. рировать мгновенно. Поэтому временную апертуру УМС делают больше дли тельности сигнала для того, чтобы сигнал, войдя в апертуру УМС, мог некоторое время перемещаться в ней,находясь в апертуре полностью. Это время и является временем регистра-, ции голограммы, Оно равно разности между временной апертурой УМС и длительностью сигнала.Но перемещение сигнала вдоль оси ,М в апертуре УМС вызывает изменение фазового спектра сигнала в плоскости регистрации голограммы н соответствии с известной теоремой из теории преобразования Фурье о сдвиге функции во временной области. В данном случае изменение фазового спектра сигнала выразится в том, что частота света будет иметь различные допплеровские сдвиги в различных точках оси пространственных частот. Б результате этого интерференционная картина, образованная с помощью плоской опорной световой волны, падающей под фиксированным углом ня плоскость регистрации, флюктуирует вс времени. Мяксииальняя частота флюктуаций равна максимальной частоте в спектре сигнала. При этом допустимое время регистрации голограммы оказывается меньша пслугерисда флюктуаций интерференционной картины. Для увеличения допустимого времени регистрации производят компенсацию допплеровского сдвигя частоты в предметной световой волне,;Юиеняя определенныи образом опорную световую волну. Рязличяют случаи чястичнсй и полной компенсации, При частил. ной компенсация сдвигают частоту света в опорном пучке ня среднюю частоту в спектре зяпксывяемого сигнала. Зтс легко сделать с помощью дополнительного УМС в спорном канале, При этом ияксиияльчяя частота флюктуаций интерференционной картины становится численно равной пслуширине спектра сигнала. Частичная компенсация позволяет увеличить допустимое время регистрации в несколько раз. Однако практически этого часто оказывается недостаточно, Тогда применяют полную компенсацию допплеровского сдвига частоты, Такую коипенсацию можно осуществить непрерывно, измечяя угол падения плоской опсрной световой волны на плоскость гопограммы в течение всего времени регистрации. При этом комплексная амплитуда опорной световой волны имеет следующий вид:П,(, ф) В(1 Еч), (1)Ргде В - комплексная постоянная;- мнимая единица;Е - волновое число света;Р - фокусное расстояние интегрирующей линзы; 5сч - скорость акустической волныв звукопроводе УМС.При полной компенсации допплеровского сдвига частоты интерференционная картина не флюктуирует во времени и может быть реализовано время регистрации, равное разности между временной апертурой УМС и длительностью сигнала. В работе Арма и Кинга предложены схемы, реализующие генера тор опорного пучка как с частичной, так и с полной компенсацией допплеровского сдвига частоты в предметном пучке.Существенным недостатком прото типа является то, что апертура УМС используется не эффективно в том смысле, что для обеспечения требуемого временй-регистрации голограммы значительная часть апертуры должна оставаться не заполненной сигналом. С другой стороны, когда длительность записываемого сигнала приближается к величине временной апертуры УМС, время регистрации го лограммы сокращается, что приводит к необходимости использовать более чувствительный фотоматериал или более мощный источник света, Так, например, используя жидкостной УМС на воде с апертурой 30 мкс и применяя полную компенсацию опорного пучка, можно записывать сигнал длительностью 15 мкс в течение 15 мкс, Очевидно, что, если с помощью данного 40 УМС требуется записать сигнал длительностью 25 мкс, то для регистрации голограммы остается лишь 5 мкс и т.д, Известно, что величина апертуры современных УМС ограничена 45 (затуханием акустических волн в звукопровоцах - для жидкостных и аморф" ных гвердотельных УМС и технологическими условиями выращивания кристаллов для многокристаллических 50 УМС) значением в несколько десятков микросекунд. Поэтому увеличение времени регистрации голограммы за счет увеличения временной апертуры УМС практически невозможно. 55 Целью изобретения является увеличение эффективности записи за счет увеличения времени регистрации голограммы.Поставленная цель достигается тем,что по способу голографической записи электрических сигналов путемпреобразования входного сигнала вакустическую волну в УМС, освещенияУМС световым пучком, регистрацииголограммы дифрагированным световымпучком на акустической волне плоскойопорной световой волны, угол падениякоторой на плоскость регистрацииголограммы непрерывно меняется втечение времени регистрации, процессрегистрации начинают с момента входапереднего фронта акустической волныв освещенную световым пучком частьэвукопровода УМС и оканчивают моментом выхода из нее заднего фронтаакустической волны.При использовании такого режимазаписи время регистрации голограммывсегда численно равно временной апертуре УМС независимо от того, какуючасть от нее составляет длительностьзаписываемого сигнала. Возвращаяськ приведенному выше численному примеру, отметим, что при использованиипредлагаемого режима записи времярегистрации голограммы для УМС свременной апертурой 30 мкс будет рав.но 30 мкс как нри записи сигналадлительностью 15 мкс, так и длительностью 25 мкс.На чертеже представлена схемаустройства, реализующего предложенный способ записи сигналов.Устройство содержит лазер 1, систему линз 2, коллимирующих световой пучок, делитель светового пучка3, генератор опорного пучка 4, который обеспечивает необходимый законизменения во времени угла паденияй) опорного светового пучка наплоскость регистрации голограммы,зеркало 5, УМС 6, пьезопреобразователь 7, возбуждающий акустическуюволну в эвукопроводе УМС, источникзаписываемого сигнала 8, интегрирующую линзу 9, осуществляющую пространственное преобразование Фурье, ирегистрирующую среду 10,Записываемый сигнал П(й) подаютна пьезопреобразователь 7, которыйвозбуждает акустическую волну в звукопроводе УМС 6. Когда передний фронтакустической волны достигает освещенной световым пучком части звуко 936717провода УМС, генератор опорного пучка начинает изменять угол падения опорного пучка С) на плоскость ре.гистрации по закону5 10 15 20 25 40 чз 1 пср(с) = здпфО) - , (2)где 0) - начальный угол паденияопорного пучка.При этом комплексная амплитудаопорной световой волны имеет виде (1,) = в(-)11 ч(О)(3)т,е. закон изменения угла паденияопорного пучка тот же, что и дляспособа, описанного в прототипе. Регистрирующая среда 10, помещеннаяв области первого дифракционногопорядка предметного пучка в заднейфокальной плоскости интегрирующейлинзы 9, регистрирует интерференционную картину, образованную предметным и опорным пучками. Процесс регистрации заканчивается в момент,когда задний фронт акустической волнывыходит из области звукопровода УМС,освещенноч световым пучком. Можнопоказать, что функция пропусканияполученной голограммы будет содержать ряд слагаемых, одно из которыхимеет следующий вид:ч21 1 хр(1) = р ( -р(-)р)(кч 0 ч35- ) х (:1 х (4)р - р1где 6 - комплексная постоянная;Т - длительность сигнала;К - волновое число акустическойволны в УМС;2 Е - размер апертуры УМС.Сомножитель в виде интеграла вприведенном выражении есть не что иноекак пространственный Фурье-спектр45(К - в ) входного сигнала П.21,Сомножитель ( в ) означает, что речгистрация спектра сигнала осуществлялась в течение времени, равного 50временной апертуре УМСЭтот результат можно пояснить сле.дующим образом. Рассмотрим произвольную, достаточно малую часть сигнала Пдх, распространяющегося в виде 55акустической волны в УМС. Очевидно,что при использовании предложенногоспособа записи регистрации Фурьеспектра любой части сигнала Пдх наголограмму осуществляется в течение21.времени - т.е. пока часть сигналарУдх проходит всю временную апертуруУМС, освещенную световым пучком. Опорный.же пучок обеспечивает надлежащую фазу записываемой на голограммуинформации при перемещении Пдх поапертуре УМС. Так как спектр любойчасти сигнала дх регистрируется в2 Ьтечение времени - то естественноч рожидать, что и спектр всего сигналаЦ,записывается в течение времени -.Проводя аналогичные рассуждения дляспособа записи, описанного в прототи.пе, легко видеть, что там любаячасть сигналов Пдх и спектр всегосигнала регистрируется в течениевремени, равного разности между временной апертурой УМС и длительностьюзаписываемого сигнала.Восстановление оптического аналога сигнала по записи его Фурье-спектра на голограмме производят в простом оптическом спектроанализатореаналогично тому, как это описано встатье Арма и Кинга. При восстановлении голограммы световые пучки, соответствующие постоянной составляющей и комплексно сопряженному спектру сигнала, могут быть отфильтрованыдиафрагмой.Отметим, что при регистрации голограммы предложенным способом интерференционная картина имеет существенно нестационарный характер. Аименно, если во время регистрации голограммы способом, описанным в прототипе, менялся лишь Фазовый спектр сиг-,нала, то при записи предложенным спо "собом происходит изменение как фазового, так и амплитудного спектра сигналав плоскости регистрации. Изменениеамплитудного спектра имеет место,когда сигнал входит в апертуру УМС,освещенную световым пучком, и когдавыходит из нее. Однако при соблюдении указанного режима записи и характера изменения опорного пучкаФурье"спектр всего сигнала регистрируется без искажений в течение времени равного временной апертуре УМС,Таким образом, предложенный способзаписи позволяет увеличить времярегистрации голограммы с нескольких936717 Корректор И.Эрдеи Редактор Л.Утехина Техред Т.Фанта Заказ 7023/2 Тираж 447ВНИИПИ Государственного комитета СССРпо делам изобретений и открытий113 О 35, Москва, Ж, Рауиская наб., д. 4/5 Подписное Филиал ППП "Патент", г.Ужгород, ул.Проектная, 4 микросекунд (при записи с полной компенсацией опорного пучка по способу,описанному в прототипе) до нескольких десятков микросекунд. При этомне требуется каких-либо дополнительных аппаратурных усложнений по сравнению с реализацией способа записипрототипа с полной компенсациейопорного пучка. Описываемый способ голографической записи электрических сигналов существенно улучшает известный, уве-личивая время регистрации голограммы, и может быть применен при создании голографических запоминающих устройств и при записи радиосигналов,