Акустооптичний фільтр з просторовою дискретизацією

Реферат: Акустооптичний фільтр належить до області обчислювальної техніки, а саме до операційних пристроїв для систем обробки інформації в реальному масштабі часу, виконаних на акустооптичній елементній базі. Акустооптичний фільтр з просторовою дискретизацією містить середовище акустооптичної взаємодії, пристрій формування модульованого оптичного пучка, лінзу, що збирає, позавісьову діафрагму, фотодетектор, світлоділильний пристрій, п'єзоелектричні перетворювачі. За допомогою запропонованого фільтра досягається підвищення швидкодії пристрою, що забезпечує його роботу у гігагерцовій та терагерцовій смузі частот. UA 106134 C2 (12) UA 106134 C2 UA 106134 C2 5 10 15 20 25 30 35 Винахід належить до області обчислювальної техніки, а саме до операційних пристроїв, виконаних на акустооптичній елементній базі, та може бути використаний як оптоелектронний акустооптичний фільтр з просторовою дискретизацією для систем обробки інформації в реальному масштабі часу. Відомий пристрій, волоконно-оптичний трансверсальний фільтр [1], що містить оптичні пристрої розділення потужності (одномодові оптичні відгалужувачі 3x3), які перемежовуються з волоконно-оптичними сегментами затримки двох різних довжин. У n-ступінчастій системі кількість оптичних відгалужувачів кожного ступеня задається геометричною прогресією (1, 3, n-1 9,…, 3 ). Оптоволоконні сегменти затримки відповідної довжини під'єднуються до трьох виходів кожного з пристроїв розділення потужності таким чином, що оптоволоконні сегменти n затримки, підключені до n-го ступеня, утворюють 3 виходів. При необхідності зміни ваги відліків, ці виходи підключаються до пристрою модуляції інтенсивності світла. Недоліком пристрою є необхідність використання волоконно-оптичних ліній затримки, при цьому похибка в довжині кожної з ліній затримки повинна бути порівнянна з десятьма довжинами хвилі. Також відомий пристрій, акустооптичний дискретний сигнальний процесор [2], що містить середовище акустооптичної взаємодії, яке включає в себе послідовно розташовані брегівські акустооптичні комірки, порушувані п'єзоелектричним перетворювачем, лазерні діоди з різними інтенсивностями, спрямовані під кутом Брегга до акустооптичних комірок, пристрій дискретизації, що перетворює вхідний сигнал на послідовність радіоімпульсів, заповнених частотою, яка забезпечує брегівський режим дифракції, окремі фотодетектори для реєстрації інтенсивностей нульового і першого дифракційних порядків, два суматора окремо для позитивних добутків, обумовлених інтенсивностями перших дифракційних максимумів, і негативних добутків, обумовлених інтенсивностями нульових дифракційних максимумів. Недоліком пристрою є потреба у окремій електронній схемі для накопичення позитивних або негативних добутків, що суттєво зменшує його продуктивність. Найбільш близьким за технічною суттю до запропонованого винаходу є акустооптичний цифро-аналоговий перетворювач з просторово-часовим інтегруванням [3], прийнятий за прототип. Пристрій містить середовище акустооптичної взаємодії, збуджуване п'єзоелектричним перетворювачем, пристрій дискретизації електричного сигналу, що подає вхідний електричний сигнал у вигляді послідовності радіоімпульсів, заповнених частотою, яка забезпечує брегівський режим дифракції, пристрій формування модульованого оптичного пучка, лінзу, що збирає, позаосьову діафрагму і фотодетектор. Пристрій працює у такий спосіб. Для вхідного послідовного N-розрядного коду виконується підсумовування, відповідно до виразу: S  2N 2  XN1  2N 3  N1  N1 Xn  ...  21  n N  2  40 45 50 55 N1  X N 1 n N1 X  X  20  n2 n n 1 n  n0 N1  N1  Nk 1  2  Xn   Xn ,  k 1  n Nk  n 0      де Xn - значення "0" або "1" n-го розряду (n змінюється від 0 до N-1). Послідовний N-розрядний код у вигляді електричного сигналу високого ("1") або низького ("0") рівня, відповідно до значення Xn , надходить на вхід пристрою дискретизації, який подає цей код у вигляді послідовності радіоімпульсів, заповнених частотою, що забезпечує брегівський режим дифракції, на вхід п'єзоелектричного перетворювача, який збуджує відповідну послідовність акустичних імпульсів в середовищі акустооптичної взаємодії. Паралельно з цим, з пристрою формування модульованого оптичного пучка в акустооптичне середовище уводиться послідовність світлових імпульсів, кількість яких відповідає кількості акустичних імпульсів, що перебувають в акустооптичному середовищі, відповідно до ваги їх розрядів. При цьому з виходу першого дифракційного порядку акустооптичного середовища дифрагований оптичний пучок збирається лінзою, та крізь отвір позаосьової діафрагми подається на фотодетектор. Таким чином, реалізується операція цифро-аналогового перетворення. Недоліком пристрою є використання акустичного сигналу як носія оброблюваної інформації, у зв'язку з чим, такі пристрої мають досить великий час перетворення. В основу винаходу поставлена задача створення пристрою акустооптичного фільтра з просторовою дискретизацією, в якому за рахунок використання оптичного сигналу як носія оброблюваної інформації і дискретного у просторі набору акустооптичних модуляторів, 1 UA 106134 C2 5 10 15 20 25 підвищується швидкодія пристрою, що забезпечить його роботу у гігагерцовій та терагерцовій смузі частот. Поставлена задача вирішується за рахунок того, що в акустооптичному фільтрі з просторовою дискретизацією, який містить середовище акустооптичної взаємодії, пристрій формування модульованого оптичного пучка, лінзу, що збирає, позаосьову діафрагму, фотодетектор, згідно з винаходом, акустооптичний фільтр з просторовою дискретизацією містить світлоділильний пристрій, п'єзоелектричні перетворювачі, при цьому входом акустооптичного фільтра з просторовою дискретизацією є вхід пристрою формування модульованого оптичного пучка, вихід якого з'єднаний із входом світлоділильного пристрою, виходи якого з'єднані з оптичними входами середовища акустооптичної взаємодії, на акустичні входи якого подаються сигнали з виходів п'єзоелектричних перетворювачів, оптичні виходи якого з'єднані зі входом лінзи, що збирає, вихід якої з'єднаний із входом позаосьової діафрагми, вихід якої з'єднаний зі входом фотодетектора, вихід якого є виходом акустооптичного фільтра з просторовою дискретизацією. Креслення - структурна схема акустооптичного фільтра з просторовою дискретизацією. Запропонований винахід містить пристрій формування модульованого оптичного пучка 1; світлоділильний пристрій 2; середовище акустооптичної взаємодії 3; п'єзоелектричний перетворювачі 4; лінзу, що збирає, 5; позаосьову діафрагму 6; фотодетектор 7. Запропонований пристрій працює в такий спосіб. Модульований оптичний пучок подається до світлоділильного пристрою, який ділить його на n+1 пучків, де n дорівнює порядку фільтра. П'єзоелектричні перетворювачі, розташовані таким чином, що відстань між їхніми центрами уздовж напряму розповсюдження оптичних пучків дорівнює с, де  час одиничної затримки, с - швидкість світла, збуджують в акустооптичному середовищі акустичні хвилі з частотою, яка забезпечує брегівський режим дифракції та амплітудами, які задають коефіцієнти фільтра від b0 до bn. Фільтрація вхідного сигналу x(t) відбувається, згідно з виразом для трансверсального фільтра: y t   n  b xt  i , i i0 30 де y(t) - вихідний сигнал. При цьому підсумовування інтенсивностей перших дифракційних порядків виконується лінзою, у той час, як нульові порядки дифракції відсіваються позаосьовою діафрагмою. Таким чином, з виходу фотодетектора знімається відфільтрований сигнал, згідно з характеристикою перетворення фільтра, яка задана коефіцієнтами від b0 до bn. Позитивний ефект винаходу обумовлений підвищенням швидкодії пристрою, що забезпечить його роботу у гігагерцовій та терагерцовій смузі частот. 35 40 Джерела інформації: 1. Bums W.K., "Fiber optic transversal filter / variable delay line", U.S. patent 4976518, Dec. 11, 1990, G 02 В 6/26, G 02 F 1/00. 2. Ліпінський О.Ю., Рудякова Г.М., Данилов В.В., "Акустооптичний дискретний сигнальний процесор", патент України на корисну модель UA № 15936 U, 2006. 3. Рудякова Г.М., Ліпінський О.Ю., Данилов В.В., "Акустооптичний цифро-аналоговий перетворювач", Патент України на корисну модель UA № 29963, 2008. (найближчий аналог). ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 45 50 55 Акустооптичний фільтр з просторовою дискретизацією, який містить середовище акустооптичної взаємодії, пристрій формування модульованого оптичного пучка, лінзу, що збирає, позаосьову діафрагму, фотодетектор, який відрізняється тим, що додатково містить світлоділильний пристрій, п'єзоелектричні перетворювачі, при цьому входом акустооптичного фільтра з просторовою дискретизацією є вхід пристрою формування модульованого оптичного пучка, вихід якого з'єднаний із входом світлоділильного пристрою, виходи якого з'єднані з оптичними входами середовища акустооптичної взаємодії, на акустичні входи якого подаються сигнали з виходів п'єзоелектричних перетворювачів, оптичні виходи якого з'єднані зі входом лінзи, що збирає, вихід якої з'єднаний із входом позаосьової діафрагми, вихід якої з'єднаний зі входом фотодетектора, вихід якого є виходом акустооптичного фільтра з просторовою дискретизацією. 2 UA 106134 C2 Комп’ютерна верстка Д. Шеверун Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 3