Пристрій для визначення автокореляційної функції оптичного випромінювання

Устройство для определения автокорреляционной функции оптического излучения, содержащее светоделительное устройство, первый выход которого оптически связан через зеркало с первым входом прозрачной кюветы, заполненной обладающей электрострикционным свойством жидкостью, источник монохроматического света и приемное устройство, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что в него введены преобразователь частоты света и дополнительное зеркало, при этом между оторым выходом саетоделительного устройства и вторым входом кюветы установлены преобразователь частоты света и дополнительное зеркало, кювета установлена на линии встречного хода световых пучков, а источник монохроматического света и приемное устройство расположены по разные стороны кюветы, при отом оптическая ось источника монохроматического света направлена в центр кюветы и составляет угол (90° - р), где {$- угол Брэгга, с направлением распространения встречных пучков, а приемное устройство установлено с противоположной стороны кюветы под углом (270° + у ) относительно направления расЗ пространения встречных пучков и с возможн остью перемещения вдоль оси, параллельной ходу пучков. Предлагаемое изобретение относится к области применения оптоэлектроники в оп тической локации и может быть использовано в информационных системах, предназна (56) 1. Магдич Л.Н., Молчанов В.Я. Акустооптические устройства и их применение. - М., Сов. радио, 1978. 2. Корпел А. Акустооптика / Пер. с англ. -М., Мир, 1993. 3. Авторское свидетельство СССР № 921304, кл. G 01 139/02. 4. Рагульский В.В. Обращение волнового фронта при вынужденном рассеянии света. - М., Наука, 1990. 5. Херман И., Вильгельми Б. Лазеры сверхкоротких световых импульсов / Пер. с нем. - М.: Мир, 1986. 6. Мустель Е.Р., Парыгин В.Н. Методы модуляции и сканирования света. - М., Наука, 1970. -7. Балакший В.И., Парыгин В.П., Чирков Л.Є. Физические основы акустооптики. - М., Радио и связь, 1985. (72) Смірнов Ігор Борисович, Фьодоров Олександр Вікторович С 20393 ченныхдля распознавания лоцируемых объектов и измерения их индивидуальных характеристик, о частности для определения автокорреляционных функций оптического излучения, Известно устройство акустооптического процессора о режиме Брэгга, включающее входное устройство, две оптически связанные акустооптические ячейки с пьезовозбудителями, линзы, диафрагмы и приемное устройство [1, с, 92], Недостатком этого устройства является большое время измерения параметров оптического излучения из-за необходимости повторения цикла измерения в соответстоии с изменением времени задержки одного из сигналов и из-за необходимости перевода сигнальной составляющей в радиочастотный диапазон. Известно также устройство акустооптического процессора для обработки сигналов, состоящее из входного устройства, скетоделительного устройства, отражателей, кюветы с жидкостью, обладающей фотоупругими свойствами, один или два пьезовозбудители с радиочастотными входами и приемное устройство [2, с. 160] К недостаткам данного устройства относится необходимость преобразования оптических сигналов в радиочастотный диапазон и большое время измерения автокорреляционной функции. Наиболзеблизким к предлагаемому техническим решением, выбранным в качестве прототипа, является устройство для определения автокорреляционной функции интенсивности лазерного излучения, содержащее интерферометр с полупрозрачным зеркалом и двумя отражателями, один из которых выполнен с возможностью перемещения вдоль оптической ОСИ и поворота, при этом второй отражатель выполнен в виде прозрачной кюпеты, заполненной жидкой средой и распол о ж е н н ы х по обе стороны от нее одномодового лазера и непрозрачного зеркала, среда выбрана такой, что нелинейная поляризация среды пропорциональна третьей степени напряженности электрического поля лазерного излучения [3]. Работа данного устройства заключается в следующем. Исследуемый световой пучок разделяется полупрозрачным зеркалом на деа пучка равной интенсивности, один из которых направляется в кювету, другой направляется в ту же область кюветы после отражения от подвижного зеркала, которое может перемзщаться вдоль направления распространения пучка и вращаться для коррекции точки входа пучка в кювету так, чтобы два пучка, перекрывая друг друга, ин 5 Ю 15 20 25 30 35 40 45 50 55 тенферировали между собой. Взаимодействие двух пучков и излучения от монохроматического источника является источником возбуждения акустических волн в среде и, как следствие, рассеяния оптических пучков во встречном направлении. Интенсивность отраженных от акустических волн пучков зависит от удаления подвижного зеркала относительно среднего положения. Перемещение подвижного зеркала изменяет длину оптического пути пучка и позволяет управлять процессом корреляции пучков. Интенсивность отраженных пучков регистрируется приемным устройством. Необходимость выполнения нескольких циклов измерения обусловлена пошаговым перемещением подвижного зеркала с корреляцией угла наклона. Построение автокорреляционной функции оптического излучения выполняется от точки к точке, при пошаговом перемещении подвижного зеркала, по интенсивности отраженных пучков, регистрируемой приемным устройством. Таким образом, недостатком устройства-прототипа является длительное время измерения автокорреляционной функции, В основу изобретения поставлена задача создать такое устройство для определения автокорреляционной функции оптического излучения, в котором за счет введения дополнительных элементов регистрация автокорреляционной функции выполняется за один цикл и за счет этого сократить время измерения. Технический результат, который может быть получен при осуществлении изобретения, заключается в существенном сокращении времени измерения автокорреляционной функции оптического излучения. Поставленная задача решается за счет того, что в устройство для определения автокорреляционной функции оптического излучения, содержащее соетоделительное устройство, первый выход которого оптически связан через зеркало с первым входом прозрачной кюветы, заполненной обладающей электрострикциониым свойством жидкост ью, источник монохроматического света и приемное устройство, дополнительно введены преобразователь частоты света и дополнительное зеркало при этом между вторым выходом светоделигельного устройства и вторым входом кюветы установлены преобразователь частоты спета и дополнительное зеркало, кювета установлена на линии встречного хода световых пучков, а источник монохроматического света и приемное устройство расположены по разные стороны кюветы, при этом оптическая ось источника монохроматического света на 20393 правлена о центр кюветы и составляет угол стера длі, предотвращения переотражения (90°-/?), где р -угол Брэгга, с направлением пучкоо от стенок кюветы [4, с. 143]. распространения встречных пучкоо, а приПреобразователь частоты света 4 предемное устройство установлено под углом назначен для сдвига спектра оптического (270° + /Ї) относительно направления рас- 5 пучка и представляет собой однополосный пространения встречных пучков с возможмодулятор света [6, с. 34], принцип работы ностью перемещения вдоль направления которого основан на электрооптическом эфхода пучков. фекте. К кристаллам приложено напряжение, величина которого определена Структурная схема предлагаемого устройства приаедена \\а чертеже. 10 выражением Предлагаемое устройство содержигейеи=-0,4Л/(пЛез), тоделительноеустройство 1, зеркало2, прогде U - напряжение на кристаллах; зрачную кювету 3, преобразователь частоты Я- длина волны пучка света; света 4, зеркало 5, источник монохроматичеПо - показатель преломления кристалла ского света б, приемное устройство 7. 15 для обыкновенной волны: При этом входом устройства является тез - компонент тензора диэлектричевход светоделительного устройства 1, перской проницаемости кристалла (для кривый выход которого через зеркало 2 оптичесталла дигидрофосфата калия КН2РО4 Г63 = ски соединен с первым входом кюветы 3. -10,5-10"10см/в). Второй оыход светоделительного устройст- 20 При этом энергия оптического излучева оптически соединен со входом преобрания на выходе преобразователя частоты свезователя частоты света 4, выход которого та составляет 68% от энергии на его входе. через зеркало 5 оптически соединен со втоИсточник монохроматического излучерым входом кюаеты 3, при этом первый и ния 6 представляет собой лазер с оптичевторой входы расположены на противопо- 25 ской системой, формирующей широкий ложных гранях кюветы 3. Источник монохроколлимированный пучок света, диаметр коматического света G установлен так, что торого соответствует размеру боковой грани оптическая ось его излучения направлена в кюветы 3 [2, с. 160]. центр кюветы 3 и составляет угол (90° - ft) с Приемное устройство 8 представляет направлением распространения встречных 30 собой цепочку фотоприемников с накопитепучков, где /3- угол Брэгга, а приемное устлями, так называемый оптический многокаройство установлено с противоположной нальный анализатор [6, с. 121]. стороны кюветы 3 под углом (270° + /?) отноРабота предлагаемого устройства засительно направления распространения ключается в следующем. При поступлении встречных пучков и возможностью переме- 35 оптического излучения на вход устройства щения вдоль оси, параллельной ходу пучков светоделительное устройство 1 расщепляет в кювете 3. Выход приемного устройства 7 его на' два пучка, с первого выхода пучок является выходом предлагаемою устройстчерез зеркало 2 вводится в кювету 3. Свева. товой пучок со второго выхода светоделиВ предлагаемом устройстве светодели- 40 тельного устройства 1 поступает на преобразователь частоты света 4, который тельное устройство 1 представляет собой выполняет сдвиг спектра оптического излуполупрозрачное плоское зеркало, установчения на частотную добавку, равную по веленное под углом к оптической оси исследуличине частоте акустических волн, емого излучения так, что его первый выход направлен на неподвижное зеркало 2, а вто- 45 возбуждаемых в кювете 3. С выхода преобразователя частоты света 4 пучок через зеррой выход направлен на вход преобразовакало 5 вводится в кювету 3. В кювете 3 теля частоты света 4, встречные световые пучки, взаимодействуя между собой, образуют области высокого Зеркала 2 и 5 представляют собой, каждое, плоские зеркала с размерами, соответ- 50 значения напряженности электрического поля там, где интерферируют когерентные ствующими диаметру сечения пучка фрагменты оптических пучков. В этих облаисследуемого излучения. стях возбуждаются акустические волны ЧаПрозрачная кювета 3 представляет состота акустических волн определена бой призму с прозрачными гранями, заполненную жидкостью, обладающей 55 величиной сдвига частоты спектра оптического пучка, выполняемого преобразоватеэлектрострикционной чувствительностью. лем частоты света 4, Образующиеся в среде Поверхности граней, через которые осущеакустические дифракционные решетки заствляется воод встречных световых пучков нимают локальные области, распространеот зеркал 2 и 5, имеют скос под углом Брю 20393 ниє волн за пределы областей ограничено быстрым затуханием высокочастотных колебаний о вязкой среде. Таким образом реализуется метод р а з в е р т к и в р е м е н н о й структуры автокорреляционной функции поля оптического излучения в последовательность локальных областей возмущения среды, пространственно изолированных и разнесенных на интервалы, соответствующие временным интервалам между максимумами автокорреляционной функции. При этом основной вклад в энергетический баланс звуковых колебаний дают два процесса: раскачка акустических волн внешней возбуждающей силой и их затухание из-за теплового рассеяния в среде. Источником внешней возбуждающей силы является напряженность электрического поля интерференционной картины встречных пучков оптического излучения, которая через стрикционное давление воздействует на среду. В случае коллинеарности электрических векторов и при соответствии разности частот спектров пучков частоте некоторых (например: тепловых) колебаний среды, в жидкости возбуждаются и усиливаются акустические волны [4, с. 20] Возмущения плотности среды изменяют ее диэлектрическую проницаемость так, что она оказывается промодулированной в пространстве и во времени. При этом область образования акустических волн ограничена зоной интерференции частично когерентных фрагментов оптических пучков. Распространение акустических волн за пределами области ограничено интервалами затухания высокочастотных колебаний в вязкой среде. Акустические волны D локальной области 5 10 15 20 25 30 среды проявляют свойства объемной дифракционной решетки [7, с. 67]. Временная структура взаимодействующих оптических пучков проявляется о возникновении одной или нескольких областей возбуждения дифракционных акустических решеток. Задержка времени, как параметр автокорреляционной функции, проявляется как функция расстояния между областями среды с акустическими оолнами. Источник монохроматического света 6 освещает боковую грань кюветы 3 широким коллимирооанмым пучком света. Часть пучка, продифрагировавшая на акустических волнах, улавливается приемным устройством 7, которое устанавливается таким образ о м , что обеспечивает р е г и с т р а ц и ю оптического излучения, отраженного акустическими дифракционными решетками, возникающими в любой области кюветы 3. Величина интенсивности продифрагирозавшего света vi распределение его в пространстве соответствуют автокорреляционной функции оптического излучения, поступающего на соетоделительное устройство 1. Величина тока, зафиксированного в приемном устройстве 7, соответствует амплитудному распределению автокорреляционной функции. Таким образом, в предлагаемом устройстве, за счет дополнительно введенных преобразователя частоты света и зеркала» приемным устройством регистрируется ав35 токорреляционная функция поля оптического излучения за один цикл измерения, что существенно сокращает общее время измерения. 20393 2- зеркАїїо і - сВето^е/штешое УСтропотВо источник І монохромії- і тиле-сиого І р 7 устройство Частоты оВегл Упорядник Замовлення 4382 Техред М.Келемеш Коректор О Обручар Тираж Підписне Держаоне патентне відомство України, 2Ь4655, ГСП, Київ-53, Львівська пл., 8 Відкрите акціонерне товариство "Патент", м. Ужгород, вул.ГагарІна, 101